由人類幹細胞衍生的三維大腦類器官,成熟度已接近嬰兒大腦
2021年03月03日09:44
研究人員在實驗室對培養皿培養20個月的類器官進行了廣泛基因分析,證實這些3D類器官生長遵循著內部時鍾,通過全面評估細胞體外成熟過程,發現它們與人類發育時間軸同步並引導不斷成熟。據悉,人類幹細胞衍生的類器官有可能徹底改變醫學操作,它讓研究人員對包括大腦在內的複雜器官如何發育以及對疾病做出反應有了前所未有的認知分析。
研究人員在實驗室對培養皿培養20個月的類器官進行了廣泛基因分析,證實這些3D類器官生長遵循著內部時鍾,通過全面評估細胞體外成熟過程,發現它們與人類發育時間軸同步並引導不斷成熟。據悉,人類幹細胞衍生的類器官有可能徹底改變醫學操作,它讓研究人員對包括大腦在內的複雜器官如何發育以及對疾病做出反應有了前所未有的認知分析。

  新浪科技訊 北京時間3月3日消息,目前,美國加州大學洛杉磯分校和斯坦福大學研究人員進行的一項最新研究表明,由人類幹細胞衍生的三維大腦類器官能以人類大腦發育相似的方式接近成熟,接近於嬰兒大腦。

  加州大學洛杉磯分校丹尼爾·格施溫德博士和斯坦福大學塞爾久·帕斯卡在實驗室對培養皿培養20個月的類器官進行了廣泛基因分析,證實這些3D類器官生長遵循著內部時鍾,通過全面評估細胞體外成熟過程,發現它們與人類發育時間軸同步並引導不斷成熟。據悉,他們利用特定生長因子培養人類幹細胞,最終培育出包括神經元、大腦皮層等其他細胞的類器官。

  加州大學洛杉磯分校大衛·格芬醫學院人類遺傳學特聘教授傑斯溫德·麥克唐納說:“這項研究非常新穎奇特,到目前為止,沒有人在這麼長的時間里培育和表徵這些類器官,通常情況下也沒有人在實驗室里分析人類大腦發育過程,該研究對大腦研究領域具有重要的推動作用,我們現已證實這些類器官能發育成熟,並複製人類複雜器官正常發育的許多方面,它將成為實驗室培養皿中研究人類疾病的最佳模型。”

  人類大腦類器官是利用誘導多能幹細胞(簡稱iPS細胞)培育而成的,誘導多能幹細胞源自皮膚或者血液細胞,它們將被重新編程類似胚胎幹細胞的狀態,允許科學家製造任何類型的細胞。

  之後這些誘導多能幹細胞被暴露在一種特殊的化學混合物中,該混合物會影響誘導多能幹細胞,從而生成大腦特定區域細胞,在適當的時間和條件下,細胞自組織形成3D結構,能夠複製人類大腦發育的相關特徵。

  人類幹細胞衍生的類器官有可能徹底改變醫學操作,它讓研究人員對包括大腦在內的複雜器官如何發育以及對疾病做出反應有了前所未有的認知分析。

  多年以來,研究人員一直在培育人類大腦類器官,用於研究人類神經和神經發育障礙,例如:癲癇、自閉症和精神分裂症等。

  普遍觀點認為,構成大腦類器官的細胞仍停留在類似胎兒發育的細胞狀態,該研究模型的實用性可能受到發展限製,這項最新研究表明,這些細胞很可能會發育成熟,從而使科學家更好地研究成年人疾病,例如:精神分裂症或者癡呆症。

  格施溫德強調稱,通過這項最新研究表現出科學家對人類疾病的幹細胞模型非常感興趣,該項工作代表了一個重要的里程碑,它顯示了人類大腦發育的哪些方面具有最高保真度,哪些特定基因的體外表現較好,以及什麼時候進行建模,同樣重要的是,我們提供了一個基於公正的基因分析框架,來評估體外模型在體內發育和功能模型中的效果。

  同時,格施溫德還進一步將神經發育和神經退行性疾病風險基因繪製到體外基因表達軌跡上,提供了一種叫做GECO的資源和網絡工具(“皮質類器官中的基因表達”,簡稱GECO)來指導疾病建模,可使研究人員觀察自己感興趣的基因,並能測量體外和體內大腦之間的保真度。

  該研究報告第一作者、加州大學洛杉磯分校大衛·格芬醫學院格施溫德實驗室博士亞倫·戈登說:“我們證實這些3D大腦類器官遵循著一個內部時鍾,它在實驗室環境中的發育進展與生物體內部發育過程是平行的,這是一項非常了不起的發現,在細胞培育過程中,生長了大約280天就達到成熟,然後它們能夠模仿嬰兒大腦的多個生理特徵,其中包括神經遞質信號的生理變化。”(葉傾城)

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