Commun Biol：科学家通过垂直混合反应器来成功诱导大脑类器官中的倒置形态

2021年10月31日 讯 /生物谷BIOON/ --大脑类器官是由干细胞（ips细胞）生长成三维结构后的大脑模型，其通常被用来研究多种类型的大脑相关的现象，包括神经网络和疾病发生等；近日，一篇发表在国际杂志Communications Biology上题为“Induction of inverted morphology in brain organoids by vertical-mixing bioreactors”的研究报告中，来自日本京都大学等机构的科学家们通过研究揭示了科学家们如何将ips混合从而影响类器官的结构。

与轨道混合产生的大脑类器官相比，垂直混合产生的大脑类器官会呈现出倒置的结构特征。

图片来源：DOI:10.1038/s42003-021-02719-5

一般来讲，类器官的制备是通过对细胞进行轨道摇动来实现的，其中液体会围绕轴线流动，就好像行星围绕太阳运行一样，文章中，研究人员将轨道摇动与垂直摇动方式进行了比较，在垂直摇动中，液体会像咖啡压榨机一样被上下按压；此前研究人员发现，垂直摇动会大大增加iPS细胞的血小板产量，从而就能在世界上首次实现给患者机体输注ips细胞所制造的血小板，然而，这对于大脑类器官的影响，目前研究人员尚不清楚。

垂直摇动导致了研究者所说的“反向大脑类器官”，在轨道摇动中，神经元会围绕在类器官的神经祖细胞周围，但在垂直摇动中，祖细胞则会围绕在神经元周围，不管怎样，两种类器官都会发育为功能性的神经网络。不同的混合条件会导致细胞上出现不同的流体动力学；的确，对多种流体变量进行计算分析后研究者发现，垂直摇动会导致ips细胞的聚集在混合物中会平均分散，而轨道摇动则并非是这种情况。

细胞中的纤毛能检测到这种不同的混合效应，纤毛就好像机体中的毛发一样，但其却在调节组织中细胞生长、迁移和模式方面具有重要的意义；然而，这种混合会影响纤毛指向的方向，即在轨道混合中，纤毛会主要指向两个方向，但在垂直混合中，其则会指向多个方向。研究者Inoue说道，纤毛的方向表明，流体动力学能被有机体以不同的方式检测到，这或许就取决于混合的类型；而翻转则会对特定类型的神经元产生一定的影响。

图片来源：https://www.nature.com/articles/s42003-021-02719-5

研究者表示，垂直和轨道混合都会产生GABA能神经元，但在垂直混合中或许能观察到更多的此类神经元。相一致的是，垂直混合的细胞会表现出与GABA能细胞相关的基因表达水平更高，此前研究结果表明，纤毛相关的音猬信号或能影响GABA能神经元的发育，这就再次重申了混合对类器官结构的影响。本文中，研究人员非常感兴趣研究GABA能神经元，因为其或与阿尔兹海默病发病直接相关。的确，GABA能神经回路的改变被认为会促进该病发生。因此，本文研究从一名阿尔兹海默病患者的ips细胞中制备了倒置的大脑类器官，结果发现了该疾病的分子标志物。

研究者希望能通过控制流体动力学来设计出大脑疾病的类器官模型。综上，本文研究结果表明，通过生物机械工程技术来控制流体动力学或能指导干细胞分化为大脑类器官，而倒置的大脑类器官未来或将有望用于研究人类大脑的发育和疾病的进展。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Suong, D.N.A., Imamura, K., Inoue, I. et al. Induction of inverted morphology in brain organoids by vertical-mixing bioreactors. Commun Biol 4, 1213 (2021).doi：10.1038/s42003-021-02719-5