培养“迷你大脑”新突破！Nat Methods：开发出具有独特皮层区域和前后模式的大脑类器官，有助深入研究人类特有的大脑发育和疾病

在一项新的研究中，奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的Jürgen Knoblich及其团队开发出一种新方法，使科学家们能够培养出具有独特皮层区域和前后模式的大脑类器官。这项技术让科学家们能够更深入地研究人类特有的大脑发育和疾病。

相关研究结果于2024年9月18日在线发表在Nature Methods期刊上，论文标题为“A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids”。

大脑类器官是一种三维模型，源自人类多能干细胞。这种模型让科学家们可以研究人类大脑的独特属性，回答一些基本问题，比如人脑如何长到这么大，或者人脑的长距离连接是如何形成的。然而，传统的皮层类器官通常是均匀的球形结构，就像微型足球，与长方形的人类大脑皮层相差甚远。人类大脑皮层从后向前分为不同的区域，每个区域都有独特的功能。

生成模式化大脑类器官

在这项新的研究中，研究团队开发了一种新方法，生成沿纵轴组装成不同区域的大脑类器官。他们首先制作了长线性的大脑类器官，然后通过与产生一种名为FGF8的因子的细胞团融合，使其模式化。这种单一的不对称FGF8源可以沿着大脑类器官的纵轴建立基因表达和细胞分离，类似于在人类大脑皮层中观察到的模式。

研究团队展示了如何利用模式化皮层类器官研究大脑疾病。例如，软骨发育不全症患者的颞叶（皮层的一个区域）形态不正确，这与FGFR3的突变有关，而FGFR3是FGF8信号的受体。在模式化皮层类器官中，FGFR3的这种突变也会导致沿纵轴的模式化和细胞增殖发生变化。

Knoblich教授说：“模式化皮层类器官是研究导致发育障碍的模式化缺陷的模型。这种皮层类器官甚至可以作为一个实验平台来检验一个假设，即早期模式化缺陷是自闭症患者大脑转录变化的原因。皮层类器官提供了一种方法，将与神经精神疾病相关的遗传和环境改变与特定的早期皮层模式化事件联系起来。”

图片来自Nature Methods, 2024, doi:10.1038/s41592-024-02412-5

深入了解大脑发育

利用模式化皮层类器官，研究团队还深入了解了人类的发育过程。在人类大脑发育过程中，多种形态发生因子和信号通路相互作用，因此很难弄清每种成分是如何单独促进发育的。相比之下，在模式化的皮层类器官中，FGF8是指定不同结构域的唯一信号。

论文共同第一作者Camilla Bosone说：“通过将产生不同形态发生因子的大脑类器官融合在一起，并精确控制这些融合体中形态发生因子产生细胞的时间和数量，极性皮层类组装体（PolCA）可作为一种最佳体外模型，用于单独引入和研究单个信号通路。”

Knoblich教授补充说：“模式化的大脑类器官将是进一步研究神经元如何在发育过程中获得其特征的有用模型。”（生物谷Bioon.com）

参考资料：

Camilla Bosone al. A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids. Nature Methods, 2024, doi:10.1038/s41592-024-02412-5.