基于人類腦器官移植為人類大腦疾病的治療提供新方法

美國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)新研究表明，移植到大鼠體內(nèi)的微型人腦結(jié)構(gòu)可以發(fā)送信號(hào)，并對(duì)大鼠胡須感受到的環(huán)境線索作出反應(yīng)。該研究證明從人類干細(xì)胞中生長(zhǎng)的神經(jīng)元可以與活體嚙齒動(dòng)物的神經(jīng)細(xì)胞結(jié)合，或可為人類大腦疾病的治療提供新方法。相關(guān)研究結(jié)果于近期發(fā)表于《自然》期刊。

科學(xué)家希望使用腦器官（人類干細(xì)胞中生長(zhǎng)出的微小類腦結(jié)構(gòu)）研究人類的神經(jīng)退行性和神經(jīng)精神疾病。但類器官目前模仿人類大腦的程度有限。它們沒有血管，因此不能吸收營(yíng)養(yǎng)，這意味著其不能長(zhǎng)時(shí)間茁壯成長(zhǎng)，而且得不到充分生長(zhǎng)所需的刺激。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為了給類腦器官提供這種刺激和支持，斯坦福大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家Sergiu Pasca團(tuán)隊(duì)從人類干細(xì)胞中培養(yǎng)出這種結(jié)構(gòu)，然后將它們注射到新生幼鼠的大腦中，期望人類細(xì)胞能和大鼠細(xì)胞一起生長(zhǎng)。研究小組將這些類器官放置在一個(gè)名為體感大腦皮層的區(qū)域，該區(qū)域從大鼠的胡須和其他感覺器官接收信號(hào)，然后將它們傳遞到大腦的其他區(qū)域加以分析。

將人類腦器官移植到發(fā)育過程中的大鼠皮層

人類大腦細(xì)胞成熟比大鼠慢得多，所以研究人員等了6個(gè)多月，類器官才完全融入大鼠大腦。Pasca介紹，當(dāng)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)結(jié)束后檢查這些大鼠大腦時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種整合非常成功，幾乎就像在電路中增加了“另一個(gè)晶體管”。

哈佛大學(xué)分子生物學(xué)家Paola Arlotta對(duì)研究結(jié)果感到興奮。盡管她認(rèn)為移植過程可能過于昂貴和復(fù)雜，無法成為標(biāo)準(zhǔn)的研究工具，但這是研究復(fù)雜大腦的重要一步。Arlotta表示，下一步將研究人類神經(jīng)元如何整合到大鼠大腦中，而不僅僅是發(fā)育完全的類器官。

研究人員在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，類腦器官中的神經(jīng)元受到嵌入在大鼠大腦中的光纖電纜發(fā)出的光刺激時(shí)會(huì)放電。研究人員訓(xùn)練大鼠在開燈的情況下舔水管取水。之后，當(dāng)研究人員把光照射在大鼠大腦上時(shí)，它們會(huì)被誘導(dǎo)去舔壺嘴，這意味著人類細(xì)胞已經(jīng)融合得足夠好，可以幫助驅(qū)動(dòng)動(dòng)物行為。此外，當(dāng)研究人員調(diào)整大鼠的胡須時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)感覺皮層中的人類細(xì)胞會(huì)作出反應(yīng)，表明這些細(xì)胞能夠接收到感覺信息。

移植的人類腦器官在大鼠神經(jīng)元上建立功能性連接并調(diào)節(jié)行為

為證明相關(guān)發(fā)現(xiàn)在大腦障礙方面的研究前景，研究人員還從3名蒂莫西綜合征患者的干細(xì)胞中創(chuàng)造出類腦器官（蒂莫西綜合征會(huì)導(dǎo)致與自閉癥類似的癥狀）。這些微小結(jié)構(gòu)看起來和在培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)的其他類腦器官一樣，但當(dāng)研究人員將其移植到大鼠體內(nèi)時(shí)，它們并沒有長(zhǎng)得像其他器官那樣大，其神經(jīng)元也沒有以同樣的方式放電。

器官移植面臨諸多挑戰(zhàn)，包括道德方面的。人們擔(dān)心，器官移植可能會(huì)傷害動(dòng)物，或創(chuàng)造出具有類似人類大腦的動(dòng)物。

去年，由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院組織的研究小組發(fā)布了一份報(bào)告，結(jié)論是，實(shí)驗(yàn)研究的類腦器官仍然太原始，無法獲得意識(shí)，無法獲得類似人類的智能或其他可能需要法律監(jiān)管的能力。Pasca說，其團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的器官移植并沒有引起大鼠癲癇或記憶缺陷等問題，似乎也沒有顯著改變動(dòng)物行為。

但是作為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院委員會(huì)成員的Arlotta認(rèn)為，隨著科學(xué)的進(jìn)步，可能會(huì)出現(xiàn)相關(guān)問題，“我們不能只討論一次就不管它了”。

她補(bǔ)充說，需要權(quán)衡對(duì)人類類器官的擔(dān)憂和神經(jīng)、精神疾病患者的需求。類腦器官和器官移植可以揭示這些疾病的潛在機(jī)制，并允許研究人員測(cè)試精神分裂癥和雙相情感障礙等疾病的治療方法。