生物帮加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学研究人员进行的一项新研究发现，三维人类干细胞衍生的“微型大脑”类器官可以以与人类大脑发育极为相似的方式成熟。
对于这项于2月22日发表在《自然神经科学》上的新研究，加州大学洛杉矶分校的资深作者Daniel Geschwind博士和斯坦福大学的Sergiu Pasca博士对在实验室培养皿中生长长达20个月的类器官进行了广泛的遗传分析。他们发现，这些3-D类器官遵循一个内部时钟，该时钟引导它们的成熟与人类发展的时间轴同步。
“这是新颖的，直到现在，还没有人在这么长的时间内生长出这些类器官并对其进行了表征，也没有显示出它们将在大部分实验室环境中重现人类大脑的发育，” MacDonald博士Geschwind博士说。加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院人类遗传学杰出教授，加州大学洛杉矶分校伊莱和艾迪思广泛再生医学和干细胞研究中心成员，高级副院长和副副校长兼精密健康研究所所长在加州大学洛杉矶分校。
他说：“这将是该领域的重要推动力。我们已经证明，这些类器官可以成熟并复制人类正常发育的许多方面，使其成为研究菜肴中人类疾病的良好模型。”
人脑类器官是使用诱导性多能干细胞(也称为iPS细胞)创建的，该干细胞源自皮肤或血细胞，这些细胞或血细胞已被重新编程回胚胎干细胞样状态，从而使科学家能够创建任何细胞类型。
然后，将这些iPS细胞暴露于一种特殊的化学混合物中，这些化学混合物会影响它们，形成大脑某个区域的细胞。在适当的时间和条件下，细胞会自我组织以创建3D结构，从而忠实地复制人脑发育的多个方面。
人类干细胞来源的类器官有机体可以为研究人员提供前所未有的洞察力，以了解复杂的器官(包括大脑)如何发展并对疾病做出反应，从而有可能彻底改变医学实践。
几年来，研究人员一直在培养人脑类器官来研究人的神经系统疾病和神经发育疾病，例如癫痫，自闭症和精神分裂症。
人们普遍认为组成这些类器官的细胞仍停留在与胎儿发育中所见细胞相似的发育状态，从而阻碍了这些模型的实用性。研究表明，有可能使细胞生长到成熟状态，从而使科学家能够更好地研究精神分裂症或痴呆症等成人疾病。
“对于人类疾病的干细胞模型有着极大的兴趣，” Geschwind补充说。“这项工作是一个重要的里程碑，它显示了人类大脑发育的哪些方面以最高的保真度建模，哪些特定的基因在体外表现良好，何时最好地对其建模。同样重要的是，我们提供了基于无偏态基因组分析的框架评估体外模型模拟体内发育和功能的能力。”
作者还提供了一种名为GECO的工具，该工具可使研究人员浏览其感兴趣的基因，以测量体外和体内大脑之间的保真度。
“我们的研究表明，这些3-D脑类器官遵循一个内部时钟，该时钟在实验室环境中与活有机体内部的情况并行发生，”第一作者Aaron Gordon博士说，他是格施温德实验室的博士后加州大学洛杉矶分校戴维·格芬医学院。“这是一个了不起的发现-我们证明它们在培养后大约280天达到产后成熟，然后开始对婴儿大脑的各个方面进行建模，包括已知的神经递质信号传导生理变化。”
