移植到受伤老鼠身上的人类迷你大脑恢复了它们的视力

由柏拉图重新发布

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将近十年前，迷你大脑带着巨大的希望进入了神经科学领域：了解正在发育的大脑并修复受伤的大脑。

这些微小的脑组织块被称为脑类器官——大约有扁豆那么大——看起来一点也不像驾驶我们生活的三磅重的器官。然而在表面之下，它们的行为与人类的大脑惊人地相似人类胎儿. 他们的神经元会产生电活动。他们很容易与——并随后控制-肌肉，至少在盘子里。类似于成熟的大脑，它们会产生新的神经元。有些甚至发展出人类皮层的六层结构——起皱的大脑最外层，支持思想、推理、判断、言语和甚至意识.

然而，一个关键问题困扰着神经科学家：这些科学怪人的脑组织碎片真的能修复受伤的大脑吗？

A 根据一项研究，发表于 细胞干细胞 这个月的结论是他们可以。宾夕法尼亚大学的 Han-Chiao Isaac Chen 博士领导的团队使用由人类细胞制成的大脑类器官，将微型大脑移植到视觉皮层（支持视力的区域）严重受损的成年大鼠体内。

在短短三个月内，迷你大脑与老鼠的大脑融合在一起。当团队用闪光灯照射动物时，类器官会出现电活动。换句话说，人类的迷你大脑接收到来自老鼠眼睛的信号。

这不仅仅是随机噪声。与我们的视觉皮层类似，一些迷你大脑的神经元逐渐对特定方向的光线产生了偏好。想象一下，当您的眼睛适应不同的移动条纹时，看着一个黑白风车吹气玩具。这听起来很简单，但眼睛的调整能力——被称为“方向选择”——是一种复杂的视觉处理水平，对我们如何感知世界至关重要。

该研究是首批表明微型脑组织可以与受伤的成年宿主结合并发挥其预期功能的研究之一。与之前的干细胞移植尝试相比，人造组织可以在未来替代受伤或退化的大脑部分——但仍有许多需要注意的地方。

“神经组织有可能重建受损大脑区域，” 说过陈。 “我们还没有解决所有问题，但这是非常坚实的第一步。”

迷你大脑的迷你生活

大脑类器官经历了一段地狱般的旅程。它们于 2014 年首次设计，作为前所未有的大脑模型立即引起了神经科学家的兴趣。

准大脑由多个来源制成，以模拟大脑的不同区域。一项直接用途是将该技术与 iPSC（诱导性多能干细胞）结合起来研究神经发育障碍，例如精神分裂症或自闭症。

在这里，患者的皮肤细胞被转化回干细胞样状态，可以进一步生长成大脑的 3D 组织。因为人和迷你大脑共享相同的基因，所以有可能在发育过程中部分复制人的大脑——并有可能寻找新的治疗方法。

自诞生以来，迷你大脑的体积、年龄和复杂程度都在不断扩大。一个重大飞跃是稳定的血液供应. 我们的大脑与血管紧密交织在一起，为我们的神经元和神经网络提供氧气和营养物质以提供能量。突破出现在 2017 年，当时多个团队表明，将人类类器官移植到啮齿动物的大脑中会触发宿主的血管整合并“喂养”结构化的脑组织，使其进一步发展成为宿主内部复杂的大脑结构。研究引发了一场风暴该领域内的讨论，生物伦理学家和研究人员都想知道人类类器官是否可以改变啮齿动物的感知或行为。

陈有一个不同的，但更具挑战性的想法。大多数以前的研究移植了迷你大脑进入婴儿啮齿动物培育类器官并促进它们与发育中的大脑融合。

相比之下，成人大脑的脊状结构要多得多。高度交织的神经回路——包括它们的信号和功能——已经建立。即使在受伤时，当大脑准备好进行修复时，将额外的人体器官移植物（如创可贴）推入也可以支持受损的神经回路——或干扰已建立的神经回路。

陈的新研究对该理论进行了检验。

意外的合并

首先，该团队用可再生的人类干细胞系培养了大脑类器官。使用先前经过验证的化学配方，将细胞诱导成模仿皮质前额部分（前额周围）的迷你大脑。

到第 80 天，该团队在类器官中看到了基本的皮质层，以及以类似于发育中的大脑的方式组织的细胞。然后他们将类器官移植到年轻成年大鼠受损的视觉皮层中。

移植后仅仅一个月，宿主的血管就与人体组织融合，为其提供急需的氧气和营养，使其进一步生长成熟。迷你大脑发育出无数不同的脑细胞——不仅是神经元，还有“支持”脑细胞，如星形胶质细胞和被称为小胶质细胞的特殊免疫细胞。后两者绝非可有可无：它们与大脑老化、阿尔茨海默病、炎症和认知有关。

但移植的人类迷你大脑能否在老鼠体内发挥作用？

在第一次测试中，该团队使用一种流行的示踪剂来绘制类器官和动物眼睛之间的联系。与染料类似，示踪剂是一种在神经连接（称为突触）之间跳跃的病毒，同时携带一种在荧光显微镜下发出亮绿色光的蛋白质。就像谷歌地图上突出显示的路线一样，光流清楚地一直连接到移植的微型大脑，这意味着它的电路通过多个突触连接到老鼠的眼睛。

第二个问题：移植的组织能帮助老鼠“看见”吗？在八只动物中的六只中，打开或关闭灯会触发电反应，这表明人类神经元会对外界刺激做出反应。作者说，电活动的模式类似于在视觉皮层中看到的自然模式，“这表明类器官神经元具有与视觉皮层神经元相当的光反应潜力”。

在另一项测试中，移植物形成了“挑剔”的神经元，它们更喜欢对光有特定的方向选择性——这是我们感知世界能力中的一种怪癖。当用从黑色闪烁到白色的不同光栅进行测试时，移植神经元的总体偏好模仿了正常、健康的神经元。

“我们看到类器官中的大量神经元对特定方向的光做出反应，这为我们提供了证据，证明这些类器官神经元不仅能够与视觉系统整合，而且能够采用非常特定的视觉功能皮层，”陈说。