Nature子刊解读！科学家们在实验室中培育出迷你大脑类器官 其能像婴儿大脑一样成熟！

2021年2月27日 讯 /生物谷BIOON/ --日前，一篇刊登在国际杂志Nature Neuroscience上题为“Long-term maturation of human cortical organoids matches key early postnatal transitions”的研究报告中，来自加利福尼亚大学等机构的科学家们通过研究在实验室中培育出了一种新型的迷你大脑类器官，其就像婴儿的大脑一样成熟。研究者表示，这种由人类干细胞所衍生的三维模拟大脑类器官能够以与人类大脑发育惊人相似的方式成熟。

文章中，研究人员对在实验室中培育了长达20个月的大脑类器官进行了广泛的遗传特性分析，结果发现，这些3-D类器官能遵循一种内部时钟，该时钟能引导其成熟并与人类发育的时间轴相同步。医学博士Geschwind表示，这是一项最新的研究，截止到现在，还没有科学家能够在这么长的时间里培育并且表征出这种类器官，也没有科学家能在实验室中重现人类大脑发育的大部分情形。

本文研究或许是后期进行更为深入研究的推动力，而且目前研究人员已经证明，这些类器官能够成熟并复制出正常人类发育的多个方面，并使其能作为科学家们在培养皿中研究人类疾病的良好模型。研究人员能利用诱导多能干细胞（ips cells）制造人类大脑类器官，而这些诱导多能干细胞来自于皮肤细胞或血细胞，科学家们会对这些细胞进行重编程使其进入胚胎干细胞样阶段，从而就能制造出任何类型的细胞了。

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随后研究人员会将这些ips细胞暴露于一种特殊的化学物质混合制剂中，从而其就会受到影响并被制造出人类大脑某个区域的细胞；随着时间的推移以及合适的条件，细胞就会自组装来制造出3-D结构，并能够展现出人类大脑发育的多个方面。人类干细胞所衍生的类器官有望彻底改变科学家们的医学实践，让研究人员前所未有地理解包括大脑在内的复杂器官是如何发育以及对疾病产生反应的。

多年来，研究人员一直在培育人类大脑类器官来研究人类神经系统和神经发育障碍，比如癫痫症、自闭症和精神分裂症等。由于人们普遍认为，组成这些类器官的细胞仍然停留在类似于胎儿发育的状态，这些模型的实用性就受到了很大的阻碍；本文研究结果表明，将这些细胞培养至成熟状态是有可能的，这或许有望帮助科学家们更好地研究成年阶段疾病发生的分子机理，比如精神分裂症或痴呆症等。

研究者Geschwind说道，科学家们对于用于人类疾病研究的干细胞模型非常感兴趣，本文研究工作代表了一个重要的里程碑，其表明了人类大脑发育的哪些方面是以较高的保真度被建模的，哪些基因在体外表现良好，以及何时最适合进行建模；同样重要的是，我们提供了一种基于无偏倚的基因组分析框架来评估体外模型在体内的发育和功能表现。此外，研究人员还提供了一种名为GECO的工具来供科学家们浏览他们感兴趣的基因，并用于测定体外和体内大脑之间的保真度。

最后研究者Aaron Gordon表示，相关研究结果表明，这些3-D大脑类器官能遵循一种特殊的内部时钟，其在实验室环境中的发展与活体体内的变化是平行的。本文研究是一项了不起的研究发现，这些类器官在280天左右的培养中达到了成熟状态，此后其就能开始模拟婴儿大脑的各个方面，包括一些已知的神经递质信号传导的生理学改变。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Gordon， A.， Yoon， SJ.， Tran， S.S. et al. Long-term maturation of human cortical organoids matches key early postnatal transitions. Nat Neurosci (2021). doi：10.1038/s41593-021-00802-y

【2】'Mini brain' organoids grown in lab mature much like infant brains

by University of California， Los Angeles