自然:将人类皮质器官移植到大鼠大脑中 以研究大脑的连通性和功能性

来源：100医疗网原创2022-10-17 17:58

在一项新的研究中，研究人员开发了一种研究方法，可以更详细地探索与一些神经系统疾病和精神疾病相关的大脑过程。相关研究成果发表在2022年10月13日的《自然》杂志上。

在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员开发了一种研究方法，可以更详细地探索与一些神经和精神疾病相关的大脑过程。这是通过体外培养人类皮质类器官并将它们移植到发育中的啮齿动物的大脑中来观察它们如何随着时间的推移进行整合和发挥功能来实现的。相关研究成果发表在2022年10月13日的《自然》杂志上，题目是《移植的人类皮质器官的成熟与回路整合》。

美国国家心理健康研究所(NIMH)的大卫潘奇森博士表示，这项新研究代表着科学家在研究复杂人类大脑疾病的细胞和电路基础方面取得了重大进展。它允许其类器官在一个更具生物相关性的环境中连接，并以一种它们在培养皿中无法实现的方式发挥作用。

在这项新研究中，斯坦福大学的Sergiu Pasca博士及其同事证实，从人类干细胞培养的皮质器官可以移植并整合到发育中的大鼠大脑中，以研究一些发育和功能过程。他们的研究结果表明，移植的皮质器官可能为研究疾病发生的相关过程提供了一个强有力的工具。

科学家有时会使用人类皮质器官——人类干细胞的三维培养物，可以反映典型大脑的一些发育过程——作为模型，研究人类大脑的某些方面是如何发育和发挥功能的。然而，皮质器官在典型的人类大脑中缺乏连通性，这限制了它们在理解复杂大脑中的作用。人们一直试图通过将人类神经元移植到成年啮齿动物的大脑中来克服这些限制。虽然这些移植的神经元与啮齿类动物的脑细胞相连，但由于成年大鼠大脑的发育限制，它们并没有完全整合。

在这项新研究中，这些作者通过将完整的人类皮质器官移植到发育中的大鼠大脑中，促进了大脑器官的研究和使用。这项技术建立了一个可以检查和操作的人类组织单位。他们使用了Pasca实验室之前开创的方法：使用人类诱导多能干细胞——成人皮肤细胞被重新编程为类似未成熟干细胞的状态——来构建人类皮质器官。然后，他们将构建的人类皮质器官植入大鼠的初级躯体感觉皮层，这是大脑中参与处理感觉的一部分。

这些作者在接受人类皮质器官移植的大鼠中没有发现任何异常的运动或记忆或异常的脑活动。大鼠大脑的血管成功地支持了植入的人类皮质器官随着时间的推移而生长的组织。

为了了解人类皮质器官在多大程度上可以整合到大鼠的初级体感皮层，这些作者用一种可以在脑细胞中传播的示踪病毒感染皮质器官，作为功能连接的指标。他们将携带示踪病毒的人皮质器官移植到大鼠初级体感皮层后，在腹基底核、体感皮层等多个脑区检测到了病毒。此外，他们观察到丘脑和移植区域之间建立了新的联系。这些连接可以通过电刺激和刺激老鼠的胡须来激活，表明它们正在接收有意义的感官输入。此外，它们可以激活移植的人类皮质器官中的人类神经元，以调节大鼠的奖赏寻求行为。这些发现表明，移植的人皮质器官在功能上与大鼠特定的脑通路整合。

在结构和功能上，经过七到八个月的生长，移植的人皮质器官比体外细胞培养中维持的更类似于人脑组织中的神经元。移植的人类皮质器官反映了人类皮质神经元的结构和功能特征，这一事实使这些作者怀疑他们是否可以利用移植的人类皮质器官来探索人类疾病过程的各个方面。

Pasca博士表示，这个平台的未来不仅在于确定哪些分子过程是人类神经元在生命回路中复杂成熟的基础，并利用它来改进传统的体外模型，还在于提供对人类神经元的行为解释。

为了对此进行研究，这些作者使用了三名患有与自闭症和癫痫有关的罕见遗传疾病(称为蒂莫西综合征)的参与者和三名没有任何已知疾病的参与者的细胞来构建人类皮质器官，并将其植入大鼠大脑。这两种类型的人类皮质器官都整合到大鼠的体感皮质中，但来自蒂莫西综合征患者的人类皮质器官显示出结构差异。从蒂莫西综合征患者的细胞构建的人类皮质器官在体外细胞培养中没有显示出这些结构差异。

人类皮质器官被移植到发育中的大鼠皮质中。图片来自Nature，2022，doi :10.1038/s 41586-022-05277-w。

Pasca博士表示，这些实验表明，这种新颖的方法可以捕捉到我们当前的体外模型。

型所能检测的过程。这很重要，因为导致精神疾病的许多变化很可能是回路层面上的微妙差异。

在早前的一项新的研究（Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05279-8，详情参见100医药网新闻报道：Nature：利用人类大脑类器官绘制人类大脑发育图谱）中，瑞士苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Barbara Treutlein教授及其团队采取了一种新的方法来研究人类大脑的发育：他们利用所谓的多能性干细胞培育出毫米大小的具有复杂组织结构的三维大脑类器官。他们在不同的时间点和非常详细地研究了人类大脑类器官内的数千个细胞。

Treutlein团队系统性地确定那些对大脑器官不同区域的神经元发育有重大影响的基因开关。在CRISPR-Cas9系统的帮助下，这些作者有选择地关闭了每个细胞中的一个基因，在整个大脑类器官中同时关闭了大约二十多个基因。这使他们能够发现各自的基因在大脑类器官的发育中发挥了什么作用。（100医药网 100yiyao.com）

参考资料：

1. Omer Revah et al. Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05277-w.

2. Jonas Simon Fleck et al. Inferring and perturbing cell fate regulomes in human brain organoids. Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05279-8.

版权声明 本网站所有注明“来源：100医药网”或“来源：bioon”的文字、图片和音视频资料，版权均属于100医药网网站所有。非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任。取得书面授权转载时，须注明“来源：100医药网”。其它来源的文章系转载文章，本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的，转载内容不代表本站立场。不希望被转载的媒体或个人可与我们联系，我们将立即进行删除处理。

87%用户都在用100医药网APP 随时阅读、评论、分享交流 请扫描二维码下载->

医药网新闻