經(jīng)濟(jì)、高效、快速！干細(xì)胞技術(shù)構(gòu)建人腦再下一城

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作者：浮蘇來源：生物探索

2018-09-11

受限于倫理問題和人腦的脆弱性，科學(xué)家們對人腦功能的研究一直很有限。近日，加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院的研究人員在最新一項(xiàng)研究中描述了一種快速、經(jīng)濟(jì)高效的方法，可以直接在體外培育出人體腦器官！解決了以往以動(dòng)物模型替代人腦器官進(jìn)行研究的限制。

體外人體器官是指由重新編程的干細(xì)胞生產(chǎn)的器官的三維、小型化、簡化版本。近年來，這一技術(shù)的發(fā)展使得科學(xué)家能夠更真實(shí)、更詳細(xì)地研究生物功能、疾病以及研發(fā)相應(yīng)的治療方法。

這一技術(shù)也被科學(xué)家用于對人體皮質(zhì)器官的培育上。“大腦器官樣物質(zhì)可以形成各種大腦區(qū)域。它們顯示出具有功能性和電刺激能力的神經(jīng)元”加州大學(xué)圣迭戈醫(yī)學(xué)院兒科和細(xì)胞與分子醫(yī)學(xué)系教授、該研究的通訊作者Alysson Muotri博士說，“而且它們在基因表達(dá)水平上類似于人類皮層的發(fā)育。”

Muotri是這一領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者之一，他利用“皿中大腦（brain-in-a-dish）”的方法提供了第一個(gè)直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，證明寨卡病毒可以導(dǎo)致嚴(yán)重的出生缺陷；他還將現(xiàn)有的HIV藥物重新用于一種罕見的遺傳性神經(jīng)疾病，并創(chuàng)造了尼安德塔人化的“迷你大腦”。

但是，人類大腦器官的產(chǎn)生既困難又耗時(shí)且昂貴，需要復(fù)雜的工具和專門知識來首先從皮膚細(xì)胞中產(chǎn)生能夠變成幾乎任何類型細(xì)胞的人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞( iPSCs )，也被稱為成纖維細(xì)胞，然后指導(dǎo)這些iPSCs分化成各種相互關(guān)聯(lián)的細(xì)胞類型，包括像大腦這樣的器官。

在這篇新論文中，資深作者M(jìn)uotri和他的同事描述了一種新的、快速有效且低成本的方法，可以將數(shù)上百個(gè)個(gè)體的體細(xì)胞直接重新編程為皮質(zhì)器官。為了做到這一點(diǎn)，他們壓縮并優(yōu)化了這個(gè)過程的幾個(gè)步驟，使體細(xì)胞被重新編程、擴(kuò)展和刺激，最終幾乎同時(shí)形成皮層細(xì)胞。結(jié)果使一種皮質(zhì)器官樣物質(zhì)只需簡單的操作就能從體細(xì)胞中完全發(fā)育出來。

據(jù)Muotri介紹，這一技術(shù)的潛在用途非常廣泛，包括創(chuàng)建大型大腦器官庫，以及發(fā)現(xiàn)與一些未知意義的突變相關(guān)的人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病的因果遺傳變異（如自閉癥譜系障礙等）。“如果我們想了解人類認(rèn)知的可變性，這是第一步。” Muotri說。

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