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基于人類腦器官移植為人類大腦疾病的治療提供新方法

微流控 ? 來源:微流控 ? 作者:微流控 ? 2022-10-25 15:20 ? 次閱讀

美國科學(xué)家的一項新研究表明,移植到大鼠體內(nèi)的微型人腦結(jié)構(gòu)可以發(fā)送信號,并對大鼠胡須感受到的環(huán)境線索作出反應(yīng)。該研究證明從人類干細胞中生長的神經(jīng)元可以與活體嚙齒動物的神經(jīng)細胞結(jié)合,或可為人類大腦疾病的治療提供新方法。相關(guān)研究結(jié)果于近期發(fā)表于《自然》期刊。

科學(xué)家希望使用腦器官(人類干細胞中生長出的微小類腦結(jié)構(gòu))研究人類的神經(jīng)退行性和神經(jīng)精神疾病。但類器官目前模仿人類大腦的程度有限。它們沒有血管,因此不能吸收營養(yǎng),這意味著其不能長時間茁壯成長,而且得不到充分生長所需的刺激。

據(jù)麥姆斯咨詢報道,為了給類腦器官提供這種刺激和支持,斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Sergiu Pasca團隊從人類干細胞中培養(yǎng)出這種結(jié)構(gòu),然后將它們注射到新生幼鼠的大腦中,期望人類細胞能和大鼠細胞一起生長。研究小組將這些類器官放置在一個名為體感大腦皮層的區(qū)域,該區(qū)域從大鼠的胡須和其他感覺器官接收信號,然后將它們傳遞到大腦的其他區(qū)域加以分析。

c87f07c0-5371-11ed-a3b6-dac502259ad0.png將人類腦器官移植到發(fā)育過程中的大鼠皮層

人類大腦細胞成熟比大鼠慢得多,所以研究人員等了6個多月,類器官才完全融入大鼠大腦。Pasca介紹,當他們在實驗結(jié)束后檢查這些大鼠大腦時,發(fā)現(xiàn)這種整合非常成功,幾乎就像在電路中增加了“另一個晶體管”。

哈佛大學(xué)分子生物學(xué)家Paola Arlotta對研究結(jié)果感到興奮。盡管她認為移植過程可能過于昂貴和復(fù)雜,無法成為標準的研究工具,但這是研究復(fù)雜大腦的重要一步。Arlotta表示,下一步將研究人類神經(jīng)元如何整合到大鼠大腦中,而不僅僅是發(fā)育完全的類器官。

研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn),類腦器官中的神經(jīng)元受到嵌入在大鼠大腦中的光纖電纜發(fā)出的光刺激時會放電。研究人員訓(xùn)練大鼠在開燈的情況下舔水管取水。之后,當研究人員把光照射在大鼠大腦上時,它們會被誘導(dǎo)去舔壺嘴,這意味著人類細胞已經(jīng)融合得足夠好,可以幫助驅(qū)動動物行為。此外,當研究人員調(diào)整大鼠的胡須時,他們發(fā)現(xiàn)感覺皮層中的人類細胞會作出反應(yīng),表明這些細胞能夠接收到感覺信息。

c986cc66-5371-11ed-a3b6-dac502259ad0.png移植的人類腦器官在大鼠神經(jīng)元上建立功能性連接并調(diào)節(jié)行為

為證明相關(guān)發(fā)現(xiàn)在大腦障礙方面的研究前景,研究人員還從3名蒂莫西綜合征患者的干細胞中創(chuàng)造出類腦器官(蒂莫西綜合征會導(dǎo)致與自閉癥類似的癥狀)。這些微小結(jié)構(gòu)看起來和在培養(yǎng)皿中生長的其他類腦器官一樣,但當研究人員將其移植到大鼠體內(nèi)時,它們并沒有長得像其他器官那樣大,其神經(jīng)元也沒有以同樣的方式放電。

器官移植面臨諸多挑戰(zhàn),包括道德方面的。人們擔心,器官移植可能會傷害動物,或創(chuàng)造出具有類似人類大腦的動物。

去年,由美國國家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院組織的研究小組發(fā)布了一份報告,結(jié)論是,實驗研究的類腦器官仍然太原始,無法獲得意識,無法獲得類似人類的智能或其他可能需要法律監(jiān)管的能力。Pasca說,其團隊進行的器官移植并沒有引起大鼠癲癇或記憶缺陷等問題,似乎也沒有顯著改變動物行為。

但是作為美國國家科學(xué)院委員會成員的Arlotta認為,隨著科學(xué)的進步,可能會出現(xiàn)相關(guān)問題,“我們不能只討論一次就不管它了”。

她補充說,需要權(quán)衡對人類類器官的擔憂和神經(jīng)、精神疾病患者的需求。類腦器官和器官移植可以揭示這些疾病的潛在機制,并允許研究人員測試精神分裂癥和雙相情感障礙等疾病的治療方法。

審核編輯:彭靜
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原文標題:基于人類腦器官移植,構(gòu)建人鼠“混合大腦”

文章出處:【微信號:Micro-Fluidics,微信公眾號:微流控】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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