@ 2021.08.21 , 11:14

科学家用干细胞培育出的迷你版人脑自行长出了眼睛

科学家们报告说,在实验室里从干细胞发育而来的迷你大脑,已经自发地发展出初步的眼结构。

在培养皿中生长的人类衍生简化微大脑上,两个双侧对称的视杯(内边界视神经乳头交叉点和连接RPE末端上方150µm的一条平行线组成)在生长,反映了人类胚胎中眼睛结构的发展。这一令人难以置信的结果将帮助我们更好地了解眼睛的分化和发展过程,以及眼病的机制。

科学家用干细胞培育出的迷你版人脑自行长出了眼睛
Brain organoids with optic cups at day 60 of development. (Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021)

德国杜塞尔多夫大学医院的神经科学家Jay Gopalakrishnan说:"我们的工作强调了大脑器官生成原始感觉结构的非凡能力,这些结构对光敏感,并拥有与身体中发现的细胞类型相似的细胞。这些器官可以帮助研究胚胎发育过程中大脑与眼睛的相互作用,模拟先天性视网膜疾病,并为个性化药物测试和移植疗法生成患者特定的视网膜细胞类型。"

大脑类器官并不是真正的大脑,它们是由诱导性多能干细胞生长出来的小型三维结构——这些细胞来自成年人类的细胞样本,并被反向引导成干细胞,有可能成长为许多不同类型的组织。

在这种情况下,这些干细胞被哄骗成长为脑组织,但没有任何类似于思想、情感或意识的东西。这种 "迷你大脑" 被用于研究目的,在这种情况下,显然科学家不能使用真正的活体人脑。它们的意义在于,例如,测试药物反应,或者观察细胞在某些不利条件下的发展。

在以前的研究中,其他科学家曾使用胚胎干细胞来生长视杯,即在胚胎发育过程中发展成几乎整个眼球的结构。还有一些研究从诱导多能干细胞中开发出视杯状结构。

Gopalakrishnan团队并没有直接培育这些结构,而是想看看它们是否能作为大脑器官自行发育出来。这将增加一个好处,即看到这两种类型的组织如何能够一起生长,而不是仅仅孤立地生长视力结构。

"眼发育是一个复杂的过程,了解它就可以理解早期视网膜疾病的分子基础。因此,研究视泡是至关重要的,视泡是眼睛的原始形态,其近端与前脑相连,对眼睛的正常形成至关重要。"

以前的器官发育工作显示了视网膜细胞的证据,但这些细胞并没有发展出视网膜结构,因此该团队改变了方案。他们没有试图在神经分化的早期阶段强制发展纯粹的神经细胞,并在培养基中加入醋酸视黄醇作为眼睛发育的辅助手段。

他们精心照料的婴儿大脑在发育的30天就形成了视杯,50天时结构清晰可见。这与人类胚胎中眼睛发育的时间一致,这意味着这些器官可能有助于研究这一过程的复杂性。

Gopalakrishnan说:"在哺乳动物的大脑中,视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的大脑目标连接,这个方面以前从未在体外系统中显示过。”

而且它是可重复的。在该团队培育的314个大脑器官中,73%的器官形成了视杯。研究人员说,该团队希望制定策略,使这些结构在更长的时间范围内保持活力,以进行具有巨大潜力的更深入的研究。

"可以开发出高度专业化的神经细胞类型的、并自带视泡的脑器官,为生成用于移植的个性化器官和视网膜色素上皮细胞片铺平道路。我们相信,[这些]是下一代器官,有助于模拟早期神经发育障碍出现的视网膜病变。"

该研究已发表在《细胞·干细胞》上。

https://www.sciencealert.com/scientists-used-stem-cells-to-make-mini-brains-they-grew-rudimentary-eyes


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