人脑组织在老鼠体内培育成功,总共存活了 233 天!

生物医学
人脑组织在老鼠体内培育成功,总共存活了 233 天!
麻省理工科技评论 2018年5月9日

2018年5月9日

人脑类器官是一种研究工具,用于了解疾病在病理学上的发展机制,研究人员能够利用它在体外观察人类神经组织的发育机制以及研究人类精神疾病的根源,甚至还能观测这些细胞如何受各种药物混合物或基因改造的影响。
科学
人脑类器官是一种研究工具,用于了解疾病在病理学上的发展机制,研究人员能够利用它在体外观察人类神经组织的发育机制以及研究人类精神疾病的根源,甚至还能观测这些细胞如何受各种药物混合物或基因改造的影响。

人脑是个复杂的组织系统,由极其多样化的神经元组成,并且只有具有活性时才能观察到神经元活动,研究其在活体内的功能。这种复杂性使得神经科学研究成为了一项艰巨的任务,尤其是在神经发育及退行性疾病方面。

多年以来,人们尝试使用多种不同的方法观察活动人脑的生长和运作,如在体神经元记录(Neuron recording)、经颅磁刺激(Transcranial magnetic stimulation,TMS)、功能性核磁共振成像(fMRI)、事件相关电位(Event-related potentials, ERP)、近红外光谱成像(near-infrared spectroscopy NIRS)等,而近些年来不断发展的类器官(Organoid)技术为人脑的研究开辟了一篇新天地。


类器官带来的新切入点

类器官(Organoid)是一种在体外制造的小型三维简化版人体器官,它能够显示逼真的人体显微解剖结构。由来源于组织、胚胎干细胞或诱导多能干细胞中的一个或多个细胞分化而来,因为拥有自我更新与分化能力,它可以在三维培养中自行组织自身的结构。类器官技术自2010年开始发展迅速。人脑类器官与大脑皮层和脉络丛神经元层的神经结构最为相似,在某些情况下,也可以形成类似于视网膜、脑膜和大脑海马的结构。目前,研究由干细胞诱导分化而来的人脑“类器官”是科学家了解人脑的一种可靠途径,然而,人脑类器官在培养皿中往往存活不超过5周。


鼠脑与人脑类器官结合

来自Salk研究中心的研究者们近日将黄豆大小的一块人脑类器官植入老鼠体内,令人吃惊的是,这块脑组织成功地从老鼠的血供获取养分,并表现出同新生儿大脑一样的特性和生长方式,存活了233天。Salk的研究团队发现,只要向大脑类器官提供持续血液供应,类器官就能拥有更长的存活时间。因此他们移除了一部分血供丰富区域的老鼠脑组织,以人脑类器官替代。

手术成功后,有史以来第一次,老鼠的血管携带着新鲜血液涌入人脑类器官内。获得滋养的类器官生长出新的神经元和一种名为星形胶质细胞的神经元支持细胞。宿主不仅为人脑类器官提供了血供,类器官神经细胞之间与宿主器官之间更形成了复杂的同步联结,这或许可以帮助人类进一步了解大脑疾病。遗憾的是,人脑组织并没有让这只老鼠变聪明或产生自我意识。在接受移植后第一天,移植鼠在迷宫内的出错次数降低,而在第二天它的表现又恢复到了普通老鼠水平。


精神疾病与脑损伤患者的希望

人脑类器官是一种研究工具,用于了解疾病在病理学上的发展机制,研究人员能够利用它在体外观察人类神经组织的发育机制以及研究人类精神疾病的根源,甚至还能观测这些细胞如何受各种药物混合物或基因改造的影响。

曾有研究者利用患者的特异性诱导多能干细胞培育出头小畸形(Microcephaly)的人脑类器官,发现该器官在生长过程中先表现出过快的成长趋势,随后进入缓慢生长期,揭示了头小畸形患者大脑的发育进程。‘对于某些神经发育型疾病,如果不制造一种能从头开始生长发育的疾病模型,则很难理解其病情进展。这种疾病模型在小鼠中难以复制,因为鼠脑缺乏人脑的发育阶段。因此类器官技术的发展也为精神分裂症、自闭症谱系障碍(ASD)等发展障碍患者带来了福音。此外,人脑类器官也能用于观测癫痫大脑的神经元异常生长连接方式以及阿尔茨海默症患者神经细胞的病理改变。

前文这项新发布的研究成果不仅使类器官培育领域向前迈进了一大步,并且对于精神疾病和脑损伤的治疗提供了新思路。科学家们相信,通过在实验室动物身上培育人脑类器官,可以更清晰地理解人脑的正常及异常发育方式。

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