多能干細(xì)胞生成帶“視杯”的類腦器官
有助研究大腦和眼睛相互作用
科技日報北京8月18日電 （實(shí)習(xí)記者張佳欣）根據(jù)17日發(fā)表在國際著名干細(xì)胞雜志《細(xì)胞·干細(xì)胞》上的一項(xiàng)研究，人類誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞（IPSCs）可以用來形成含有“視杯”（可形成視網(wǎng)膜）結(jié)構(gòu)的類腦器官。該類器官自發(fā)地從類腦區(qū)域的前部發(fā)育出兩側(cè)對稱的“視杯”，證明了IPSCs在高度復(fù)雜的生物過程中的自我復(fù)制能力。
研究人員表示，這一發(fā)現(xiàn)突出了大腦類器官產(chǎn)生原始感官結(jié)構(gòu)的非凡能力，這些結(jié)構(gòu)對光敏感，并且擁有與人體細(xì)胞相似的細(xì)胞類型。
該類器官可以幫助研究胚胎發(fā)育過程中的大腦和眼睛的相互作用，模擬先天性視網(wǎng)膜疾病，并生成用于個性化藥物測試和移植治療的患者特異性視網(wǎng)膜細(xì)胞類型。
人類大腦發(fā)育和疾病的許多方面都可以利用從多能干細(xì)胞衍生的3D腦器官來研究，這種細(xì)胞可以分化成體內(nèi)所有類型的細(xì)胞。
此前，研究人員使用人類胚胎干細(xì)胞分化出“視杯”，“視杯”形成了視網(wǎng)膜。另一項(xiàng)研究表明，“視杯”狀結(jié)構(gòu)可以從IPSCs中產(chǎn)生，這些IPSCs來自成年細(xì)胞，這些細(xì)胞已經(jīng)被基因重新編程回到類似胚胎的多能性狀態(tài)。
過去，由多能干細(xì)胞制造“視杯”的重點(diǎn)是生成純視網(wǎng)膜。在此項(xiàng)研究之前，“視杯”和其他3D視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)還無法在功能上整合到大腦器官中。
為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)修改了他們之前開發(fā)的將IPSCs轉(zhuǎn)化為神經(jīng)組織的方案。人腦類器官如若形成“視杯”，最早在30天內(nèi)出現(xiàn)，并在50天內(nèi)成長為可見結(jié)構(gòu)。這一時間框架與人類胚胎中視網(wǎng)膜發(fā)育的時間框架相似。
研究人員從IPSCs供體中生成了314個大腦類器官，其中72%的類器官形成了“視杯”。這些結(jié)構(gòu)包含不同類型的視網(wǎng)膜細(xì)胞，它們形成了對光有反應(yīng)的電活性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。“視杯”大腦類器官還含有晶狀體和角膜組織，并顯示出視網(wǎng)膜與大腦區(qū)域的連接。
研究人員表示：“在哺乳動物的大腦中，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的神經(jīng)纖維向外延伸，與它們的大腦目標(biāo)相連，這在體外系統(tǒng)中從未出現(xiàn)過。”
未來，研究人員計劃開發(fā)出“視杯”長期保持活力的策略，利用它們來研究導(dǎo)致視網(wǎng)膜疾病的機(jī)制。
總編輯圈點(diǎn)
類器官技術(shù)的出現(xiàn)，可以說為人們研究各種組織提供了強(qiáng)大工具。不過大腦類器官的生成往往要更為復(fù)雜一點(diǎn)，原因無他——我們對大腦及其神經(jīng)系統(tǒng)的了解迄今尚不能說非常透徹。此次出現(xiàn)的大腦類器官包含了不同類型的視網(wǎng)膜細(xì)胞，其一方面幫助科學(xué)家進(jìn)一步了解視覺與腦部的密切關(guān)系，另一方面，這個高度生理相關(guān)系統(tǒng)，為無數(shù)被視網(wǎng)膜疾病困擾的患者，帶來了根治的希望。
