Cell Stem Cell：利用人诱导性多能干细胞培育出含有视杯的大脑类器官

2021年8月23日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中，来自德国杜塞尔多夫大学等研究机构的研究人员发现人类诱导性多能干细胞（iPSC）可被用来构建含有一种叫做视杯（optic cup）的眼睛结构的大脑类器官模型。这种大脑类器官自发地从大脑类似区域的前部发育出双侧对称的视杯，从而展示了ipsC在一种高度复杂的生物过程中的内在自我模式形成能力。相关研究结果于2021年8月17日在线发表在Cell Stem Cell期刊上，论文标题为“Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles”。

论文通讯作者、杜塞尔多夫大学医院的Jay Gopalakrishnan说，“我们的研究强调了大脑类器官产生原始感觉结构的非凡能力，所产生的原始感觉结构对光敏感，并拥有与身体中发现的细胞类型相似的细胞。这些类器官可以帮助研究胚胎发育过程中大脑-眼睛之间的相互作用，建立先天性视网膜疾病的模型，并为个性化的药物测试和移植疗法产生患者特定的视网膜细胞类型。”

人类大脑发育和疾病的许多方面都可以使用源自多能干细胞的三维大脑类器官进行研究，其中多能干细胞可以产生体内的多种细胞类型。科学家们以前曾使用人类胚胎干细胞构建出产生视网膜的视杯，其中，视网膜是眼睛后面的感光组织层。另一项研究已表明，类似视杯的结构可以利用iPSC产生，其中ipsC是成体细胞通过基因重编程回到胚胎干细胞多能状态而产生的。

过去，利用多能干细胞中产生视杯聚焦于产生纯的视网膜。在这项新的研究之前，视杯和其他三维视网膜结构还没有在功能上被整合到大脑类器官中。

为了实现这一壮举，Gopalakrishnan和他的团队修改了他们之前开发的将ipsC变成神经组织的实验方案。人脑类器官形成了视杯，它最早在30天内出现，并在50天内成熟为可见结构。这个时间框架与人类胚胎中的视网膜发育相似，可能使得某些类型的发育神经生物学实验更加有效。

图片来自Cell Stem Cell, 2021, doi:10.1016/j.stem.2021.07.010。

在四名ipsC供者的16个独立批次中，这些作者制造出314个大脑类器官，其中72%的大脑类器官形成了视杯（因而称为含视杯的大脑类器官），这表明该方法是可重复的。这些视杯结构包含不同的视网膜细胞类型，后者形成了对光有反应的电活性神经网络。这些含视杯的大脑类器官还包含晶状体和角膜组织，并表现出视网膜与大脑区域的连接。Gopalakrishnan说，“在哺乳动物的大脑中，视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的大脑靶标连接，这个方面以前从未在体外系统中显示过。”

在未来的研究中，他们计划开发策略，使视杯长期保持活力，用它们来研究导致视网膜疾病的机制。（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Elke Gabriel et al. Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles. Cell Stem Cell, 2021, doi:10.1016/j.stem.2021.07.010.