本文转自:文汇报从头设计“定制”器官|日趋完整的“迷你大脑”离真正的人脑还有多远( 三 )
类器官的开发研究还能帮助研究人员更好地理解自闭症 。 自闭症患者可能在沟通和社交技能方面有困难 , 也可能会有重复刻板行为 。 利用自闭症患者细胞开发类器官的多个研究团队已经发现了这些患者大脑与正常大脑有差异的一些关键线索 。
美国耶鲁大学的弗洛拉·瓦卡里诺和她的同事对“兴奋性”脑细胞和“抑制性”脑细胞进行观察后发现 , “兴奋性”脑细胞可提高触发神经元放电的能力 , 而“抑制性”脑细胞则会阻碍神经元的放电活动 。 研究发现 , 自闭症大脑的类器官模型包含比常人更多的抑制性神经元 。 瓦卡里诺认为 , 更多的抑制性神经元可能会影响胎儿大脑神经元的连接方式 。
她还发现 , 类器官可以揭示自闭症的遗传因素 。 在用自闭症患者细胞开发的类器官中 , 抑制性神经元数量的增加可以追溯到一种名为FOZG1的分子水平的升高 。 据推测 , 许多不同的自闭症基因都是通过FOZG1起作用的 。 他们将把这作为下一步研究的主要目标 。
类器官血管化
催生更成熟完整脑组织
许多研究发现表明 , 类器官拥有其他大脑研究方式所不具备的巨大潜力 , 但它仍然只是人类大脑一个不完美的模型 。 目前最明显的缺憾是 , 它们在几个月后长到几毫米时就会停止生长 。
大脑类器官不能持续生长的原因是没有血管给它们提供氧气和营养 。 与自然组织不同 , 类器官只是被动地依靠培养皿中渗透进来的营养液生长和存活 。 当生长到一定大小 , 一旦营养供给不够 , 它们就会停止生长 , 并从中心部位的细胞开始逐渐死亡 。 当然 , 血管化的重要性还不止于此 。 血管还在调节神经发育、细胞迁移和早期大脑发育的脑神经回路形成中起到重要作用 。
没有了自然组织提供的这些条件 , 大脑类器官自然无法长到像真正的大脑那样 , 也因此限制了研究人员更深入的研究 。 其实 , 包括大脑组织在内 , 实验室所培育的任何机体组织的血管化 , 都是一件非常困难的事情 。
尽管如此 , 研究人员依然在坚持不懈地进行尝试 。 盖奇想到的办法是将未成熟的大脑类器官移植到老鼠大脑中 , 让老鼠血管侵入并滋养人类“迷你大脑” 。 他的研究团队发现 , 人类大脑细胞在接纳了侵入的老鼠血管后 , 与老鼠的大脑连接在了一起 。 但正如盖奇所指出的那样 , 这个办法最大的缺点是 , 无法获得一个完整的人类“迷你大脑” 。
另外两个研究团队采用的办法是 , 设法让人类血管在人类“迷你大脑”中生长 , 但这一研究还只处于初步阶段 。 其中一个团队的方法是 , 用干细胞培育血管化类器官 , 然后将它们与另一个大脑类器官融合在一起——用这种办法培育的血管化“迷你大脑”可至少存活50天 。
美国耶鲁大学医学院的一个研究团队在神经元中加入了一种在血管细胞发育过程中表现活跃的基因 , 并使其在类器官培养至18天时启动 , 这一办法可使一些脑细胞转变为血管细胞 , 并自我组织成一个血管网络 。 用这种办法培育出来的大脑类器官虽然不会比普通的大脑类器官长得更大 , 但却可拥有更多的成熟神经元 。
莫特里尔和他的同事另辟蹊径 , 他们将围绕某种特殊纤维培育的微型大脑暴露于某种化学物质中 , 让材料溶解 。 几周后 , 这些纤维被破坏 , 在类器官内部留下空心通道 , 而营养液则可通过这些通道 , 轻轻泵入大脑类器官——在更多营养液的灌注下 , 类器官产生了更多成熟的神经突触 。
创建真正人脑
科学家刚刚迈出第一步
还有一些研究人员将培育更复杂的大脑作为他们的目标 。 他们的方法是 , 培养出模拟大脑不同部分的多个大脑类器官 , 再将它们连接起来 , 构成一个被称为“组装类器官”的更大的大脑结构 。
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