“Nature”斯坦福大学将“迷你人脑”植入小鼠，开创类器官研究新时代

2022年10月13日21:51:34 科学 1926

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作者：Sophia

导读：科学家们想使用从人类干细胞中生长出来的微小的大脑样结构——大脑类器官，以研究人类发展的神经退行性和神经精神疾病。但到目前为止，类器官只模仿了人类的大脑。它们不发育血管，因此无法获得营养，这意味着它们不会长时间茁壮成长。而且它们没有得到充分成长所需的营养成分：在人类婴儿的大脑中，神经元的生长和与其他神经元连接的发展部分来自于感官的输入。

最新一项研究表明，移植到老鼠体内的微型人类大脑结构可以发送信号并对老鼠胡须拾取的环境线索做出反应。这一证明人类干细胞生长的神经元可以与活啮齿动物的神经细胞相互作用，从而可能会产生一种测试人类大脑疾病疗法的方法。该研究发表于期刊《Nature》。

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x

重大发现

为了给大脑类器官提供这种刺激和支持，加利福尼亚州斯坦福大学的神经科学家 Sergiu Pasca 和他的同事们从人类干细胞中培养出这些结构，然后将它们注射到新生幼鼠的大脑中，期望人类细胞会随着老鼠自己的细胞生长而生长。该团队将类器官放置在称为体感大脑皮层的大脑区域中，该区域接收来自大鼠胡须和其他感觉器官的信号，然后将它们传递到其他解释信号的大脑区域。

人类脑细胞的成熟速度比大鼠细胞要慢得多，因此研究人员必须等待六个多月才能使类器官完全融入大鼠大脑。但当他们在那段时间结束时检查动物的大脑时，他们发现集成非常成功，几乎就像在电路中添加了“另一个晶体管”。

Paola Arlotta 兴奋的说：“这是类器官告诉我们大脑更复杂特性的重要一步，尽管移植程序可能仍然过于昂贵和复杂，无法成为标准的研究工具。”Arlotta 补充说，“下一步将是研究单个人类神经元，而不仅仅是完全发育的类器官是如何整合到大鼠大脑中的。”

行为触发器

研究人员描述了他们如何对类器官中的神经元进行基因改造，该团队训练老鼠在开灯时舔嘴以接收水。之后，当研究人员将光照射到混合大脑上时，老鼠被提示舔嘴，这意味着人类细胞已经整合得足够好，可以帮助驱动动物的一些行为。此外，当研究人员调整老鼠的胡须时，他们发现感觉皮层中的人类细胞会发出反应，这表明这些细胞能够获取感觉信息。

由干细胞产生并移植到大鼠大脑中的人类神经元（右）比培养皿中培养的神经元（左）生长得更充分。

为了证明他们在研究脑部疾病方面的工作前景，Pasca 和他的同事们还从三名患有蒂莫西综合征（Timothy 综合征）的人的干细胞中创建了脑类器官，这种情况可能会导致与自闭症相似的症状。这些微小的结构看起来与培养在培养皿中的任何其他大脑类器官相同，但是当研究人员将它们移植到大鼠体内时，它们并没有长得像其他的那么大，它们的神经元也不会以同样的方式放电。

Rusty Gage 很高兴看到这些结果。2018 年，他和一组研究人员发现，移植的人脑类器官可以整合到成年小鼠的大脑中。小鼠的寿命不如大鼠，但新生幼鼠的大脑比成年动物的大脑更具可塑性，因为它们能够更好地接收新细胞。

道德挑战

“我们面临着挑战，”盖奇说。“但我确实相信移植程序将是一个有价值的工具。”

有些挑战是道德的。人们担心创造啮齿动物和人类的杂交种可能会伤害动物，或者创造出具有人类大脑的动物。去年，由美国国家科学院、工程院和医学院组织的一个小组发布了一份报告，得出的结论是，人脑类器官仍然过于原始，无法变得有意识、无法获得类似人类的智能或获得其他可能需要法律监管的能力。帕斯卡说，他的团队的类器官移植不会导致大鼠癫痫发作或记忆力减退等问题，而且似乎也没有明显改变动物的行为。

但国家科学院小组成员阿洛塔表示，随着科学的进步，问题可能会出现。我们不能只讨论一次就任其发展，需要权衡未来医学对人体类器官的担忧与神经和精神疾病患者的需求。大脑类器官和人类-动物混合大脑可以揭示这些疾病的潜在机制，并允许研究人员测试精神分裂症和双相情感障碍等疾病的治疗方法。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。