Cell论文详解！首次构建出负责自主运动的人三维类组装体
来源：本站原创 2020-12-27 19:56
2020年12月27日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员在科学界首次组装了一种负责自主运动的人类神经回路的工作模型。他们利用人类干细胞产生了这种神经回路的三种组成部分---分别代表大脑皮层、脊髓和骨骼肌的组织，并让它们在培养皿中自行组装在一起。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Generation
2020年12月27日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学医学院的研究人员在科学界首次组装了一种负责自主运动的人类神经回路的工作模型。他们利用人类干细胞产生了这种神经回路的三种组成部分---分别代表大脑皮层、脊髓和骨骼肌的组织，并让它们在培养皿中自行组装在一起。相关研究结果近期发表在Cell期刊上，论文标题为“Generation of Functional Human 3D Cortico-Motor Assembloids”。
这一进展有望加快对各种神经系统疾病的研究。它还表明，大脑可以与实验室玻璃器皿中的身体部位融合，形成以现实生活中的方式工作的神经回路。
从大脑向骨骼肌传递指令的神经回路一旦中断，就会导致不能移动和死亡。科学家们研究了实验室动物，试图了解人类的神经肌肉损伤，但是他们的努力因神经回路的种间差异而受阻。
论文通讯作者、斯坦福大学医学院精神病学与行为科学副教授Sergiu Pasca博士在提及肌萎缩性侧索硬化症（ALS）时说道，“ALS已经在啮齿类动物中被治愈了几十次。没有一种治疗方法有效地转化为人体治疗。但是，如今我们可以使用患者自己的细胞来生成个性化的工作模型，这将帮助我们在培养皿中研究这些疾病。”
类组装体（assembloid）
这些研究人员利用人诱导性多能干细胞（ips细胞）构建出大约三分之一英寸长的工作模型，Pasca称之为类组装体。
在过去的研究中，Pasca团队已经构建出密切模拟大脑皮层结构和生理学特性的微型球状体（miniature spheroid）。在这项新的研究中，他们调整了他们的配方，产生了另外两种近似脊髓组织和骨骼肌的球状体。
这三种类型的球状体代表了控制自主运动回路的三个关键组成部分。它们在一个培养皿中挨着放（脊髓球状体放在中间），逐渐融合在一起。
Pasca和他的同事们证实了这种回路准确地组装在一起：皮层球状体的神经元与脊髓球状体的运动神经元连接起来，支配着肌肉组织。Pasca说，“我们制造出这些组件，但是它们知道如何把自己组装在一起。”
触发肌肉抽搐
但是，这些连接真地有效吗？刺激皮层神经元会不会导致肌肉组织收缩？利用实验室技术，这些研究人员证实刺激皮层球状体会引发骨骼肌球状体的抽搐。
Pasca说，“骨骼肌通常不会自行收缩。在皮层刺激后立即在实验培养皿中看到第一次抽搐是一件不会很快被忘记的事情。”
Pasca说，这些类组装体在融合在一起后至少10周内保持完全功能。他说，“值得注意的是，它们保持完整的时间越长，收缩的效果就越好。”
Pasca团队正在与其他研究团队合作，利用这些类组装体来揭开脊髓灰质炎病毒和其他致残性脊髓灰质炎病毒的病理，其中这些病毒的受体只存在于灵长类动物中。
对于球状体的可能组合并没有明显的限制。在12月3日发表在Nature Biotechnology期刊上的一项研究中，Pasca团队将一种皮层球状体与另一种代表纹状体的球状体融合在一起，其中纹状体是一种大脑结构，是愉悦感觉和动机行为的中枢。Pasca说，这种类组装体可能被证明对研究精神分裂症、抑郁症和成瘾的原因很有用。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jimena Andersen et al. Generation of Functional Human 3D Cortico-Motor Assembloids. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.017.
2.Yuki Miura et al. Generation of human striatal organoids and cortico-striatal assembloids from human pluripotent stem cells. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-00763-w.
图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.017。
这一进展有望加快对各种神经系统疾病的研究。它还表明，大脑可以与实验室玻璃器皿中的身体部位融合，形成以现实生活中的方式工作的神经回路。
从大脑向骨骼肌传递指令的神经回路一旦中断，就会导致不能移动和死亡。科学家们研究了实验室动物，试图了解人类的神经肌肉损伤，但是他们的努力因神经回路的种间差异而受阻。
论文通讯作者、斯坦福大学医学院精神病学与行为科学副教授Sergiu Pasca博士在提及肌萎缩性侧索硬化症（ALS）时说道，“ALS已经在啮齿类动物中被治愈了几十次。没有一种治疗方法有效地转化为人体治疗。但是，如今我们可以使用患者自己的细胞来生成个性化的工作模型，这将帮助我们在培养皿中研究这些疾病。”
类组装体（assembloid）
这些研究人员利用人诱导性多能干细胞（ips细胞）构建出大约三分之一英寸长的工作模型，Pasca称之为类组装体。
在过去的研究中，Pasca团队已经构建出密切模拟大脑皮层结构和生理学特性的微型球状体（miniature spheroid）。在这项新的研究中，他们调整了他们的配方，产生了另外两种近似脊髓组织和骨骼肌的球状体。
这三种类型的球状体代表了控制自主运动回路的三个关键组成部分。它们在一个培养皿中挨着放（脊髓球状体放在中间），逐渐融合在一起。
Pasca和他的同事们证实了这种回路准确地组装在一起：皮层球状体的神经元与脊髓球状体的运动神经元连接起来，支配着肌肉组织。Pasca说，“我们制造出这些组件，但是它们知道如何把自己组装在一起。”
触发肌肉抽搐
但是，这些连接真地有效吗？刺激皮层神经元会不会导致肌肉组织收缩？利用实验室技术，这些研究人员证实刺激皮层球状体会引发骨骼肌球状体的抽搐。
Pasca说，“骨骼肌通常不会自行收缩。在皮层刺激后立即在实验培养皿中看到第一次抽搐是一件不会很快被忘记的事情。”
Pasca说，这些类组装体在融合在一起后至少10周内保持完全功能。他说，“值得注意的是，它们保持完整的时间越长，收缩的效果就越好。”
Pasca团队正在与其他研究团队合作，利用这些类组装体来揭开脊髓灰质炎病毒和其他致残性脊髓灰质炎病毒的病理，其中这些病毒的受体只存在于灵长类动物中。
对于球状体的可能组合并没有明显的限制。在12月3日发表在Nature Biotechnology期刊上的一项研究中，Pasca团队将一种皮层球状体与另一种代表纹状体的球状体融合在一起，其中纹状体是一种大脑结构，是愉悦感觉和动机行为的中枢。Pasca说，这种类组装体可能被证明对研究精神分裂症、抑郁症和成瘾的原因很有用。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Jimena Andersen et al. Generation of Functional Human 3D Cortico-Motor Assembloids. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.11.017.
2.Yuki Miura et al. Generation of human striatal organoids and cortico-striatal assembloids from human pluripotent stem cells. Nature Biotechnology, 2020, doi:10.1038/s41587-020-00763-w.
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