類器官研究新進展
——人鼠大腦結(jié)合

■傅昭儀

從近代科學誕生以來，人類對于大腦的研究未曾斷絕，且始終處于生命科學的前沿領(lǐng)域。然而，大腦樣本的稀缺性和珍貴性限制了大腦體外研究的發(fā)展。近些年，科學家們利用胚胎干細胞、誘導(dǎo)多功能干細胞等人體干細胞成功在體外構(gòu)建出大腦類器官。這類組織可以像正常的新生腦細胞那樣形成類似腦皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)，甚至具有完整的神經(jīng)細胞電生理活性。有了它，研究人員就可以在體外模擬人腦的早期發(fā)育和疾病。

不過，這種類器官也存在局限。體外生長的類器官缺少在真實有機體中存在的各種連接，這會限制類器官的成熟，讓它們無法與其他控制行為的神經(jīng)環(huán)路整合，因而會影響類器官模擬具有遺傳復(fù)雜性和行為特征的神經(jīng)疾病和精神疾病的能力。

10 月12 日，來自美國斯坦福大學的神經(jīng)科學家帕斯卡團隊在國際頂級期刊《Nature》在線發(fā)表了關(guān)于大腦類器官的最新研究性文章，表明克服了上述障礙，取得了新的進展。

之前有研究試圖將人腦類器官植入成年大鼠的大腦，但這些細胞在植入后無法完全成熟。所以在本次研究中，研究人員將來自于人的多能干細胞經(jīng)誘導(dǎo)分化為大腦皮質(zhì)類器官后，原位移植于出生3 天～7 天的新生無胸腺大鼠的體感皮層中，構(gòu)建了人鼠混合大腦類器官——t-hCO。這些幼鼠的免疫系統(tǒng)是具有缺陷的，因此移植的類器官不會遭到免疫排斥，而移植的時間點也非常關(guān)鍵，必須在大鼠的大腦神經(jīng)回路沒有完全形成之前完成，這樣能夠給類器官提供發(fā)育的窗口。

研究員在移植2 個月～3 個月后對大鼠腦部進行MRI 成像，觀察t-hCO 的生長狀態(tài)。結(jié)果表明，移植后的t-hCO 在3 個月內(nèi)體積增加了9 倍，移植12 個月后，移植動物存活率為74%。同時未檢測到運動或記憶缺陷、神經(jīng)膠質(zhì)增生等中樞神經(jīng)系統(tǒng)異?，F(xiàn)象。這說明與體外培養(yǎng)相比，大鼠體內(nèi)確實能夠更好地支持人腦類器官發(fā)育成熟。

不僅如此，研究人員還通過實驗證明，來自類器官的神經(jīng)元成功在大鼠大腦中建立了工作機制，和大鼠自身的神經(jīng)回路整合到了一起。當觸碰老鼠的胡須時，其體感皮層中的人類細胞也會作出反應(yīng)。

研究人員還特殊處理了一些人腦組織，使得單個神經(jīng)元可以被特定頻率的藍光激活。被植入這些人腦組織的大鼠參與了一項新訓(xùn)練：它們腦中被植入了超薄光纖，當這些光纖發(fā)出藍光時，它們就能在水龍頭里喝到水。結(jié)果顯示，這些大鼠學會了把藍光和喝水聯(lián)系起來。這表明植入的人腦細胞已經(jīng)真正參與了大鼠大腦的工作，可以驅(qū)動大鼠的行為。

這次驚天動地的“人鼠大腦結(jié)合”為大腦神經(jīng)退行性疾病研究和新藥開發(fā)提供了新的希望。在希望之外，這項研究也帶來了倫理擔憂。目前的“人鼠融合腦”遠不會讓老鼠擁有人類般的意識，被試驗大鼠也沒有出現(xiàn)行為異常，但如果技術(shù)繼續(xù)發(fā)展又會怎樣呢？