發(fā)布日期：2018-04-24
據(jù)科學(xué)美國(guó)人報(bào)道，美國(guó)索爾金研究所（Salk Institute）的科學(xué)家日前發(fā)布報(bào)告，宣稱首次將人類大腦的類器官（Organoids）成功移植到另一個(gè)物種的大腦中，而且宿主的大腦為其提供了足夠的血液和營(yíng)養(yǎng)，以維持它們存活和發(fā)育數(shù)月時(shí)間。
在科學(xué)家看來(lái)，這些有人類大腦組織的老鼠在行為方式上與它們同類的一樣。
每個(gè)接受試驗(yàn)的小鼠的大腦皮層都被植入了人類的“迷你大腦”，并用透明的玻璃蓋子代替了它們的部分頭骨?？茖W(xué)家們用這種方法來(lái)理解人類大腦的發(fā)育過(guò)程，并測(cè)試這些類器官將來(lái)是否會(huì)成為大腦皮層修復(fù)工具，以取代大腦中受傷或發(fā)育不正常的區(qū)域。
紐約州立大學(xué)布法羅分校神經(jīng)學(xué)家邁克爾·斯塔喬維亞克（Michal Stachowiak）曾創(chuàng)造人類大腦的類器官來(lái)研究精神分裂癥，他說(shuō)這是一個(gè)“重要的技術(shù)進(jìn)步”，并且是“在再生醫(yī)學(xué)中使用類器官的重要開端”。
2017年11月份，當(dāng)索爾金研究所的研究人員在神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上簡(jiǎn)要描述了他們的實(shí)驗(yàn)時(shí)，生物倫理學(xué)家們提出了一個(gè)問(wèn)題，即人類大腦中類器官會(huì)對(duì)老鼠的智力、意識(shí)甚至是老鼠的身份產(chǎn)生怎樣的影響。發(fā)表在《自然生物技術(shù)》雜志上的最新論文詳細(xì)描述了類器官如何成功融入老鼠大腦的過(guò)程，并解決了其中一個(gè)問(wèn)題：至少在科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)中，擁有人類大腦類器官的老鼠似乎和其他老鼠沒(méi)有什么不同，也沒(méi)有比后者更聰明。
自從2013年第一個(gè)人類大腦類器官通過(guò)干細(xì)胞被培育出來(lái)以后，科學(xué)家們已經(jīng)讓它們形成了像胎兒大腦一樣的結(jié)構(gòu)，用來(lái)產(chǎn)生幾十種不同種類的腦細(xì)胞，并發(fā)育成像患Timothy綜合癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病等異常的組織。研究人員希望，在揭示人類大腦如何發(fā)育的過(guò)程中，類器官能比實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物或培養(yǎng)的細(xì)胞更好。同時(shí)在正常情況下和出錯(cuò)時(shí)，能識(shí)別潛在的治療或基因組編輯目標(biāo)。
這項(xiàng)研究需要采集人體干細(xì)胞，然后使其分化為腦細(xì)胞，并使其生長(zhǎng)為幾毫米的實(shí)體，以模擬真實(shí)器官的結(jié)構(gòu)、細(xì)胞數(shù)量甚至是電活動(dòng)。但是，人類大腦類器官的逼真程度是有限的：當(dāng)它們的直徑超過(guò)幾毫米時(shí)，氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)就無(wú)法進(jìn)入它們最深處的細(xì)胞。
這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人弗雷德·蓋奇（Fred Gage）說(shuō)：“在我們的手中，類器官在五周內(nèi)停止生長(zhǎng)。從第十周開始，我們甚至看到許多邊緣部分的細(xì)胞也開始死亡，隨著時(shí)間的推移，這種變化越來(lái)越明顯。顯然，這是長(zhǎng)期研究的一個(gè)明顯障礙。”
當(dāng)我們的目標(biāo)需要對(duì)三個(gè)月以上的大腦發(fā)育過(guò)程進(jìn)行更長(zhǎng)時(shí)間的研究時(shí)，當(dāng)前的大腦器官就會(huì)開始萎縮。而在老鼠大腦中植入人類的大腦類器官，給它們生長(zhǎng)和發(fā)育所需要的一切，可以幫助解決當(dāng)前困境。
索爾金研究所將在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)了31到50天的人腦組織類器官移植到小鼠大腦中（目前已經(jīng)超過(guò)200個(gè)）前，他們已經(jīng)從老鼠大腦中取出一小塊組織以便騰出空間。由于人類細(xì)胞通過(guò)基因工程表達(dá)出綠色熒光蛋白，這些微小斑點(diǎn)可通過(guò)透明玻璃顯示在明亮的石灰中。
大約80%的植入取得成功。在2到12周內(nèi)，這些類器官就會(huì)產(chǎn)生額外的神經(jīng)元，包括在人類大腦皮層特定區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)的神經(jīng)元、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（包括星形膠質(zhì)細(xì)胞）以及神經(jīng)干細(xì)胞。到了14周時(shí)，幾乎所有的類器官都形成了豐富的血管網(wǎng)，可輸送養(yǎng)分和氧氣，支持類器官存活233天，它們的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞成熟度與新生兒差不多。
這些被植入的器官也在傳遞軸突（即將大腦信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元傳送到另一個(gè)神經(jīng)元的生物線），并進(jìn)入到老鼠大腦的兩側(cè)，而不僅僅是靠近玻璃的一邊，并形成老鼠神經(jīng)元的強(qiáng)突觸，人類和老鼠的神經(jīng)活動(dòng)是同步的。研究報(bào)告的主要作者阿貝德·曼蘇爾（Abed Mansour）說(shuō)：
“當(dāng)神經(jīng)元聚集在一起時(shí)，這意味著它們是相互連接的，并進(jìn)行交叉對(duì)話，從而形成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。”
然而，對(duì)于所有的人鼠混合體來(lái)說(shuō)，這些嚙齒類動(dòng)物并沒(méi)有成為比普通老鼠更好的學(xué)習(xí)者?？茖W(xué)家們把這些老鼠放在一個(gè)圓形的平臺(tái)上，周圍有20個(gè)洞，輕輕地引導(dǎo)它們進(jìn)入通向逃生通道的某個(gè)洞，然后讓它們自己嘗試?yán)糜洃浫ふ姨由纯凇＃ㄆ渌亩炊际撬篮?。）在第一天的測(cè)試中，擁有人類大腦類器官的老鼠犯了更少的錯(cuò)誤，更容易找到正確的洞，但是這種優(yōu)勢(shì)在第二天就消失了。
蓋奇表示：“在行為測(cè)試方面，我們只是剛剛觸及了表面。我認(rèn)為，為這個(gè)重要問(wèn)題提供可靠答案還為時(shí)過(guò)早。這種逃避測(cè)試功能十分有限，我還不能排除其他行為影響。”
來(lái)源：網(wǎng)易科技報(bào)道
