图中的类大脑(又称迷你大脑)在实验室中培育而成。它包含多种细胞和内部结构,可在实验中模拟真实人脑。然而,无法预期的变异和缺陷阻碍了类器官在研究中的用途,但新技术或许能改变这一局面。
图为耶鲁干细胞中心培育的大脑皮层类器官。其中的着色区域展现了不同组织层次的各种细胞组织。图中的类器官培育时间为40天。蓝点为细胞核,红色为神经元前期细胞,绿色为分化后的神经元。
据国外媒体报道,人脑常被描述为宇宙中最复杂的物件。这样看来,实验室培养皿中豌豆大小的一团脑细胞对神经科学家大概没什么用。然而,如今许多研究人员却热衷于培养这种有趣的生物系统。它的官方名称为“类大脑”(cerebral organoids),但通常被称作“迷你大脑”。有了类大脑,研究人员便可以针对人脑的发育过程开展实验,而这是无法通过真正的人脑实现的。
目前类大脑的缺陷在于,它们和真正的大脑不够接近。但近期出版的一些研究指出,类大脑研究也许即将迎来转折点。将来的类大脑研究将不追求造出完整大脑的完美微缩模型,而更偏向于创造发育中各大脑部位的可替换模块,可以像积木一样拼在一起。就像可互换零件促进了大规模生产和工业革命一样,质量稳定、能够按需组合的类器官或许也将大大促进我们对人脑发育过程的了解。
今年早些时候,斯坦福大学医学院和澳大利亚科学院的研究团队培育了皮层与内侧神经层隆起类器官,然后让它们相互融合。这三项研究的区别主要在于细节的不同,比如“诱使”干细胞长成类器官的方式、培育类器官的过程、以及对提取出的细胞开展的测试等。但他们均发现融合后的类器官神经元网络就像正常大脑一样,含有兴奋神经元、抑制神经元和支持细胞,并且较之此前的迷你大脑,发育得更加稳定。
耶鲁研究团队的带头人、遗传学副教授In-Hyun Park认为,类器官也许已经可以用来开展对某些神经心理疾病的初期研究,分析这些疾病的发育根源,如自闭症和精神分裂症等。证据显示,当患有这些疾病时,“兴奋和抑制神经活动似乎缺乏平衡。因此这些疾病可以用我们研发的现有模型来研究。”
但研究人员提醒大家,不该急着将类器官用在临床试验中。“我们仍不清楚正常人脑发育的标准,因此难以衡量这些类器官有多接近正常情况。”
Park指出,无论类器官研究最终应用于何处,接下来,我们必须弄清如何培育更接近真实人脑的类器官。他仍相信最终有可能在实验室中培育出更完整、更精确的迷你大脑。为达到这一目的,也许需要将更多类器官单元进行更复杂的融合,也许要精确使用某些生长媒介和化学物质、带领类器官完成胚胎阶段发育。“我们应当有办法培育出前脑、中脑和后脑皆备的完整类大脑。”(叶子)
(责任编辑:王翔)
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(原文章信息:标题:迷你大脑:创造大脑可替换模块,作者:叶子,来源:新浪科技讯,来源地址:)