生物科学门户网站
BIO1000.COM

嫁接的脑类器官提供对神经系统疾病的洞察力

许多神经系统疾病-阿尔茨海默氏症,精神分裂症,自闭症,甚至抑郁症-在新疗法中都落后于人们。由于大脑非常复杂,因此很难发现新药,即使在动物模型中该药很有前途,它也通常对人类不起作用。

科学家旨在通过干细胞技术改变这种状况,方法是从患者身上获取皮肤细胞并将这些细胞转化为神经元。然后,研究人员可以测试新药并研究这些实验室生长的神经元中疾病的发展,甚至可以测试使用这些“个性化神经元”通过移植替代组织来治愈大脑受损部位的潜力。然而,尽管生物学家已经成功地在皿或试管中培养出微小的,基于干细胞的类似于大脑的“类器官”来进行诊断和治疗,但这些模型系统距离代表大脑的复杂性还有很长的路要走。

索尔克研究所(Salk Institute)的科学家报告了一种新方法,该方法可以通过确保它们通过移植到啮齿动物中获得足够的氧气和其他养分来开发更复杂的类器官模型。该研究发表在《自然生物技术》上,可以为开发治疗脑部疾病的方法提供见识。加快药物测试;甚至为有一天将健康的人类细胞移植到人们的大脑中以替代受损或功能失调的组织铺平了道路。

Salk遗传学实验室教授,资深作者Rusty Gage说:“脑类器官是研究人类大脑发育和疾病的强大工具。”“但是目前它们还不能完全代表自然的生理环境。这项工作使我们更接近人类大脑更真实,功能的表示,并且可以帮助我们设计出更好的神经和精神疾病疗法。”

在培养皿或试管中生长的大脑类器官在结构和功能上受到限制,因为如果没有血管系统,营养物质就无法到达其3D结构的内部。由于细胞不能经历多次分裂以增加其数目或使细胞类型多样化,因此这减少了类器官的存活时间和复杂性。尽管一些研究人员试图通过将血管组织同时移植到类器官上来解决这些局限性,但这种方法仍不能完全模仿实际大脑的细胞微环境。

Gage实验室试图通过将基于人类干细胞的类器官移植到小鼠大脑血管丰富的区域中来复制更具支持性的生理环境。嫁接的人类器官整合到宿主环境中,形成了神经元和称为星形胶质细胞的神经元支持细胞,并通过免疫细胞进行了调查。值得注意的是,该团队不仅看到了天然血管,而且还看到了有血液流过的血管-这是类器官的首次发现。

“这是一项巨大的成就,” Salk研究助理,该论文的第一作者Abed AlFattah Mansour说。“我们看到血管渗入类器官并为其提供血液,这令人兴奋,因为这可能是类器官长期生存的门票。”

作为研究的一部分,Salk团队在移植前将每个类器官分成两半,并在培养中保留了一半,以便他们可以直接比较两种环境的益处。他们发现,培养的两半在几个月后充满了垂死的细胞,而啮齿动物中年龄匹配的类器官则是健康的。

为了弄清所移植的类器官功能正常且健康,该团队进行了钙成像测试,其中神经元在发射时会产生染料。而且,实际上,类动物体内的神经元以同步的方式发射。此外,研究小组使用了一种称为光遗传学的技术(使细胞对光作出反应)来确认移植的神经元彼此之间以及与宿主生物之间正在形成连接,这也是第一次。

曼苏尔说:“这表明增加的血液供应不仅有助于类器官维持更长时间的健康,还使其达到了神经系统的复杂性水平,这将有助于我们更好地了解脑部疾病。”

动物的人类移植已经在大脑和其他组织中使用了数十年,以提高存活率并测试其成熟功能。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。