【Cell子刊】人脑类器官首次接替大鼠大脑对光产生了反应，迈出重建受损大脑的第一步！

今年2月2日，由宾夕法尼亚大学H. Isaac Chen教授带领的研究团队在类脑器官研究方面迈出了重大一步——更具体地说，迈出了利用类脑器官重建受损大脑的第一步。他们的研究不仅成功实现了人-鼠大脑的结合，还表明类脑器官能够接替大鼠大脑，以对视觉刺激做出反应。该研究发表于《细胞·干细胞》（Cell·Stem Cell）杂志。

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00004-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1934590923000048%3Fshowall%3Dtrue

开发修复皮质损伤的新疗法

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长期神经功能受损常由创伤性脑损伤、中风和其他对大脑皮层的伤害所引起。在很大程度上，大脑有限的修复能力造成了大脑损伤的高负担。虽然成年哺乳动物的大脑中会发生神经发生（neurogenesis）和轴突再生（regeneration），但这些修复过程并不够强大，且受到大脑区域的限制，因而无法有效恢复患者的相关功能——尤其是在大脑皮层大面积丢失的情况下。因此，迫切需要开发修复皮质损伤的新疗法。

通过人类多能干细胞后代的自组织特性产生的大脑类器官提供了实现皮质修复的可能性——可以通过自体或患者匹配（patient-matched）神经组织来修复皮质。类器官在很大程度上再现了脑细胞类型的多样性和结构；其中，前脑类器官发育外径向神经胶质细胞（outer radial glial cells）——这是胚胎人皮层的一个显着特征——并包含了分离的上层和下层皮质神经元的基本层状结构。星形胶质细胞（包括人类特异性星形胶质细胞）和少突胶质细胞在较晚的时间点出现在这些组织中，反映了正常神经发育的时间线。

关于此研究

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H. Isaac Chen教授团队首先在实验室中培养了人类类脑器官——经过80天的培养，干细胞分化并形成了大脑皮层细胞的三维组织。随后，类脑器官被移植入视觉皮层事先遭到破坏的成年大鼠的大脑中。

H. Isaac Chen教授表示：“我们移植的是整个组织，并不仅仅是单个细胞。类脑器官有着与大脑类似的结构，我们也能够观察其中的单个神经元，以更深入地理解类脑器官与宿主大脑的整合方式。”

人的类脑器官（绿色）与大鼠大脑（红色）整合

在植入类脑器官的两个月后，大鼠在观看屏幕上的一系列图像时，出现了神经元的反应。在3个月的研究期间内，类脑器官与大鼠的大脑整合，逐渐长出血管，体积持续增加，产生了神经元投射，并与大鼠的神经元形成突触连接。

人-鼠大脑的整合速度之快令研究人员震惊——先前有研究将人的单个神经元移植至啮齿动物的大脑中，9-10个月后仍未完全发育成熟；但这项新研究仅在不到3个月的时间内就实现了人的类脑器官与大鼠大脑的整合。

研究团队使用荧光标记的病毒来追踪类脑器官与大鼠大脑的突触连接。当他们将病毒注射至大鼠的眼部，可以观察到神经连接从视网膜开始，最终抵达类脑器官，从而证实了类脑器官的功能连接。

随后，研究团队将大鼠暴露在闪光中，并使用了不同方向的黑白条纹来检测神经活动的变化。通过对类脑器官中单个神经元活性的检验，研究发现类脑器官中相当多的神经元不仅做出了反应，还表现出了方向选择性。

H. Isaac Chen教授表示：“实验说明了类脑器官的神经元不仅与视觉系统整合在一起，还能执行视觉皮层中的特定功能。”

实验概览图

研究意义

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在受伤后重建大脑回路以恢复脑功能是再生医学长期追求的目标。脑类器官因其有组织的结构和自体或患者匹配移植物的潜力，是脑修复基质的潜在候选者。（转化医学网360zhyx.com）

该研究帮助人们更好地了解前脑类器官与受伤成人大脑中的大脑网络整合的潜力，并使用了视觉系统作为评估功能移植整合程度的平台。此研究结果表明，大脑类器官能够取代大的皮质腔并整合到大脑中系统级网络的回路中，这支持了使用多能干细胞衍生的神经组织来修复大脑回路。

参考资料：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00004-8?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS1934590923000048%3Fshowall%3Dtrue

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。