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与婴儿大脑发育方式同步的“迷你大脑”培育成功
时间:2021-03-30 09:16:08 浏览次数: 来源:科技部 字号:[ ]

近日,发表在《Nature Neuroscience》上的一项新研究中,来自美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)和斯坦福大学的研究团队发现,由人类干细胞衍生的三维“迷你大脑”类器官的成熟方式与人类大脑的发育方式惊人地相似。
  UCLA的Daniel Geschwind博士和斯坦福大学的Sergiu Pasca博士对在实验室培养皿中培养了20个月的类器官进行了广泛的遗传分析。他们发现,这些三维结构器官遵循一个内部时钟,该时钟引导它们的成熟与人类发育的时间同步。
  Geschwind博士说:“这是一个新颖的发现,因为到目前为止,还没有人能在这么长的时间内培育出这些类器官,也没有人证明它们能在实验室环境中大部分重现人脑的发育过程,这些研究结果对该领域是一个重要的推动。我们已经证明这些类器官可以成熟并复制正常人类发育的许多方面,这使它们成为在培养皿中研究人类疾病的良好模型。”
  人脑类器官是使用诱导性多能干细胞(也称为iPS细胞)创建的,该干细胞源自皮肤或血细胞,这些细胞或血细胞被重新编程回胚胎干细胞样状态,从而使科学家可以创建任何细胞类型。然后,这些iPS细胞被暴露在一种特殊的化学混合物中,这种化学混合物会影响它们,从而生成大脑特定区域的细胞。在适当的时间和条件下,细胞会自组织以创造出三维结构,并“忠实”地复制人类大脑发育的多个方面。
  人类干细胞衍生的类器官有可能彻底改变医学实践,因为它让研究人员对包括大脑在内的复杂器官是如何发育的以及人类对疾病反应有了前所未有的认识。
  多年来,研究人员一直在培育人脑类器官,以研究人类神经和神经发育障碍导致的疾病,如癫痫、自闭症和精神分裂症。由于普遍观点认为,构成这些类器官的细胞仍停留在与胎儿发育中所见细胞相似的发育状态,因此这些模型的实用性受到了阻碍。
  这项新研究表明,将这些细胞培养到成熟状态是有可能的。这将使科学家可以更好地研究精神分裂症或痴呆症等成人疾病。Geschwind补充说:“这项工作代表了一个重要的里程碑,它显示了人类大脑发育哪些方面以最高的保真度建模,哪些特定的基因在体外表现良好,以及什么时候建模最好。同样重要的是,我们提供了一个基于无偏倚基因组分析的框架评估体外模型模拟体内发育和功能的能力。”
  该研究第一作者Geschwind实验室的博士后研究员Aaron Gordon说:“我们发现,这些三维脑类器官遵循一个内部时钟,这个时钟在实验室环境中的进展与人体内发生的事情是同步的。这是一个了不起的发现,我们证明了它们在培养后大约280天达到产后成熟,然后开始模拟婴儿大脑的各个方面,包括神经递质信号的已知生理变化。”
  此外,该团队还提供了一种名为GECO的工具,可以让研究人员浏览他们感兴趣的基因,从而测量体外和体内大脑之间的保真度。

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