美國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大腦類器官——實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的神經(jīng)元團(tuán)塊，可以與大鼠的腦結(jié)合，并對(duì)閃光燈等視覺刺激做出反應(yīng)。相關(guān)研究結(jié)果2月3日發(fā)表在《細(xì)胞—干細(xì)胞》期刊上。

過(guò)去幾十年的研究表明，人們可以將單個(gè)人類和嚙齒動(dòng)物神經(jīng)元移植到嚙齒動(dòng)物的大腦中。最近，科學(xué)家已經(jīng)證明人類大腦類器官可以與發(fā)育中的嚙齒動(dòng)物大腦結(jié)合。然而，這些類器官移植物能否在功能上與受損成年大腦的視覺系統(tǒng)相結(jié)合還有待探索。

“我們不僅專注于移植單個(gè)細(xì)胞，而且移植了組織。大腦類器官有類似大腦的結(jié)構(gòu)。我們能夠觀察這種結(jié)構(gòu)中的單個(gè)神經(jīng)元，以便更深入地了解移植類器官的整體情況。”論文通訊作者、賓夕法尼亞大學(xué)神經(jīng)外科副教授兼內(nèi)科醫(yī)生Isaac Chen說(shuō)。

研究者在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)了大約80天的人類干細(xì)胞來(lái)源的神經(jīng)元，并將它們移植到視覺皮層受損的成年大鼠的大腦中。在3個(gè)月內(nèi)，移植的類器官已經(jīng)與宿主的大腦融為一體：生成血管、大小和數(shù)量都在增長(zhǎng)、發(fā)出神經(jīng)元投射，并與宿主的神經(jīng)元形成突觸。

研究小組利用熒光標(biāo)記的病毒沿著突觸跳躍，從一個(gè)神經(jīng)元到另一個(gè)神經(jīng)元，來(lái)檢測(cè)和追蹤類器官和宿主大鼠的腦細(xì)胞之間的物理連接。“通過(guò)將一種病毒示蹤劑注入動(dòng)物的眼睛，我們能夠追蹤視網(wǎng)膜下游的神經(jīng)元連接?！盋hen說(shuō)，“示蹤劑一直到達(dá)類器官?！?/p>

隨后，他們使用電極探針測(cè)量了當(dāng)動(dòng)物暴露在閃爍的燈光和交替的白黑條帶時(shí)，類器官內(nèi)單個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)?！拔覀兛吹筋惼鞴賰?nèi)的大量神經(jīng)元對(duì)特定的光線方向做出了反應(yīng)，這證明這些類器官神經(jīng)元不僅能夠與視覺系統(tǒng)整合，而且能夠接受視覺皮層的非常特定的功能。”Chen說(shuō)。

研究小組對(duì)類器官在短短3個(gè)月內(nèi)就達(dá)到的融合程度感到驚訝。他們并未預(yù)料到這么快就能看到這種程度的功能整合。其他涉及單個(gè)細(xì)胞移植的研究表明，即使在將人類神經(jīng)元移植到嚙齒動(dòng)物體內(nèi)9到10個(gè)月后，它們?nèi)匀粵]有完全成熟。

“神經(jīng)組織有重建受損大腦區(qū)域的潛力。我們還有很多問題待解決，但這項(xiàng)研究邁出了非常堅(jiān)實(shí)的第一步。現(xiàn)在，我們想了解類器官如何被用于大腦皮層的其他區(qū)域，而不僅是視覺皮層。我們想了解指導(dǎo)類器官神經(jīng)元如何與大腦整合的規(guī)則，這樣就可以更好地控制這一過(guò)程，并使其更快地發(fā)生。”Chen說(shuō)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.01.004

來(lái)源：《細(xì)胞—干細(xì)胞》