科学家将类人脑结构植入鼠体

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据英国《自然》周刊网站10月12日报道，根据一项研究结果，移植到老鼠体内的类人脑微型结构能够发出信号，并对老鼠胡须收到的环境信号作出反应。这项研究表明，从人类干细胞培育出来的神经元能够与活鼠体内的神经细胞相连接，这可能有助于探索人类大脑疾病的治疗方法。
科学家希望利用大脑类器官——从人类干细胞培育出来的类似大脑的微结构——研究人类的神经退行性和神经精神疾病。但类器官与真正的人类大脑仍有区别，它们不会发育血管，因此无法获得养分，这意味着它们不会长期保持活跃状态。而且它们无法接受充分发育所必需的刺激：在人类婴儿的大脑中，神经元的发育以及与其他神经元的连接部分来自于感官输入。
报道说，为了向大脑类器官提供这种刺激和支持，斯坦福大学神经科学家塞尔久·帕斯卡及其同事从人类干细胞中培养出结构，然后将其注入新生鼠崽的大脑，希望人类细胞能与老鼠的细胞共同生长。研究小组将类器官植入一个名为体感皮层的大脑区域，该区域接收来自老鼠胡须和其他感官的信号，然后将这些信号传递给负责解读信号的大脑其他区域。
人类脑细胞的成熟速度比老鼠细胞慢得多，因此研究人员需要等待6个多月，让类器官完全融入老鼠大脑。
帕斯卡在10月10日举行的新闻发布会上说，当他们在6个月后研究老鼠的大脑时，发现融合非常成功，几乎就像“在电路中加上一个晶体管”。
哈佛大学分子生物学家葆拉·阿洛塔对这一结果感到兴奋。她说：“这是通过类器官研究大脑更复杂属性的重要一步。”不过，她认为移植过程可能仍然过于昂贵和复杂，不宜成为标准的研究工具。阿洛塔说，下一步是探究单个人类神经元——而不仅仅是发育完善的类器官——是如何融入老鼠大脑的。
在10月12日发表在英国《自然》周刊上的研究报告中，研究人员描述了他们如何对类器官的神经元进行基因改造，使其在接受植入于老鼠脑内的光纤发出的光时放电。研究人员训练老鼠在出现光时舔水管喝水。之后，当研究人员将光照在混合大脑上时，老鼠自发舔水管，这意味着人类细胞已经在老鼠体内充分融合，开始参与推动动物的行为。此外，当研究人员轻扯老鼠胡须时，他们发现，感官皮层中的人类细胞作出了反应，这表明这些细胞能够获取感官信息。
为了证明研究大脑疾病的前景，帕斯卡和他的同事还从3名蒂莫西综合征患者的干细胞中培育出大脑类器官，这种基因疾病的部分症状与自闭症相似。这些类器官看上去与培养皿中培育的其他脑部类器官一样，但当研究人员将它们移植到老鼠体内后，它们没有长到其他结构那么大，神经元也没有以同样的方式放电。
美国索尔克生物研究所的神经学家拉斯蒂·盖奇对这些结果很满意。2018年，他和一个研究团队发现，移植的人脑类器官可以融入成年小鼠的大脑中。小鼠的寿命比老鼠短，因此帕斯卡和他的同事希望，由于新生老鼠的大脑比成年小鼠的大脑更具可塑性，因此能够更好地接收新细胞。
盖奇说：“我们面临这方面的挑战，但我相信移植过程会成为很有价值的工具。”
帕斯卡说，他的团队进行的类器官移植没有导致老鼠发生癫痫或记忆力减退等问题，而且似乎也没有显著改变这些动物的行为。大脑类器官和人与动物的混合大脑可以揭示这些疾病的机制，使研究人员得以测试精神分裂症和躁郁症等疾病的疗法。