干細(xì)胞新成果，“迷你大腦”將促進(jìn)大腦修復(fù)研究

休斯敦衛(wèi)理公會(huì)研究所（HoustonMethodist Research Institute）正在通過人類多功能干細(xì)胞制造“迷你大腦”，這可以使得研究人員能夠修復(fù)由于疾病或外傷而損傷的大腦或脊髓神經(jīng)元。

來自休斯敦衛(wèi)理公會(huì)的神經(jīng)科學(xué)家 Robert Krencik 和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)新的系統(tǒng)，來降低制造這些大腦模型所需要的時(shí)間。這些模型可以用于研究疾病背后的機(jī)理或者藥物的篩選和研究。他們的研究結(jié)果最近發(fā)表在雜志《Stem Cell Reports》上。

“我們往往會(huì)覺得，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室所做的不能夠精確模擬細(xì)胞在人類大腦中的行為，”Krencik 表示，“因此，**次，當(dāng)我們系統(tǒng)地將這些細(xì)胞聚集在一起的時(shí)候，它們的形態(tài)復(fù)雜性、大小和形狀都發(fā)生了戲劇性的改變。它們看起來與在人類大腦中的細(xì)胞非常相似，因此現(xiàn)在我們可以在實(shí)驗(yàn)室中以更接近自然環(huán)境的條件來進(jìn)行這些細(xì)胞的研究。”

為什么這很重要呢？Krencik 談到，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)基中生長(zhǎng)的細(xì)胞都是放置在平的培養(yǎng)皿中，分離和其他操作，都會(huì)干擾它們的相互作用。因而，這樣的結(jié)果并不能夠再現(xiàn)這些細(xì)胞在大腦中的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和分化生長(zhǎng)，在實(shí)驗(yàn)室中，他們只是看起來非常單純的，未成熟的細(xì)胞。有所不同的是，在人類的大腦中，這些細(xì)胞卻有著非常復(fù)雜的形態(tài)，他們會(huì)以復(fù)雜的方式與彼此之間和周圍的環(huán)境相互作用。因?yàn)椋诖竽X內(nèi)，這些細(xì)胞會(huì)在三維空間內(nèi)彼此復(fù)雜地相互作用，而不是像在平坦的培養(yǎng)皿中一樣。

因而，Krencik 團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的新技術(shù)則專注于再現(xiàn)大腦內(nèi)的環(huán)境，他們建立了一種 3D 的培養(yǎng)系統(tǒng)，然而，這些研究所消耗的時(shí)間對(duì)于加速開發(fā)來說是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

“通常，建立這些 3D 的迷你大腦，開發(fā)周期需要數(shù)月甚至數(shù)年，”Krencik 表示，“我們的新技術(shù)可以使得細(xì)胞們分別提前分化然后再將它們合并到一起。我們發(fā)現(xiàn)，只在數(shù)周之內(nèi)，它們就可以彼此之間形成成熟的相互作用。因此，通過我們的系統(tǒng)，達(dá)到研究終點(diǎn)所需要的時(shí)間戲劇性地減低了。”

Krencik 的實(shí)驗(yàn)室專注于星形膠質(zhì)細(xì)胞的研究，因?yàn)檫@種細(xì)胞是大腦神經(jīng)元之間連接和交互的關(guān)鍵因素。它們能夠提升大腦和脊髓神經(jīng)元之間連接的數(shù)量和強(qiáng)度。它們?cè)诤芏嗌窠?jīng)疾病中有所參與，對(duì)維持神經(jīng)系統(tǒng)的健康非常重要。在 Krencik 團(tuán)隊(duì)通過生物工程所建立的模型中，加入了星形膠質(zhì)細(xì)胞加速了周圍神經(jīng)元之間的連接。

Krencik 的團(tuán)隊(duì)是**對(duì)這些星形膠質(zhì)細(xì)胞特異性工程化為 3D 迷你大腦。通過這種操作，是的星形膠質(zhì)細(xì)胞和周圍神經(jīng)元的成熟速度都大大提升。在論文中**介紹它們時(shí)，他將這些工程化的迷你大腦稱為“小行星”，將它們與其他 3D 立體培養(yǎng)的類型進(jìn)行區(qū)分，比如我們所熟知的類器官。Krencik 的“小行星”包含了特定的星形膠質(zhì)細(xì)胞群，而類器官只有不能定性和定量的細(xì)胞。

“使用我們的體系，我們可以產(chǎn)生成熟的星形膠質(zhì)細(xì)胞，并能夠使它們與神經(jīng)元發(fā)生前所未有的復(fù)雜相互作用，”Krencik 說。“與在身體或大腦中的其他細(xì)胞不同，星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)于人類有著****的性質(zhì)。我們認(rèn)為這種細(xì)胞在部分程度上對(duì)于人類獨(dú)有的認(rèn)知功能起到了重要的作用，并且也可能是人類某些疾病的基礎(chǔ)，比如阿爾茨海默氏癥和自閉癥譜系障礙。”

最后，Krencik 利用這些“小行星”來組成功能化的神經(jīng)電路。這樣，研究人員可以通過實(shí)驗(yàn)操作來開發(fā)療法，并且解釋導(dǎo)致疾病的原因。Krencik 說，他們可以從任何疾病或病人身上，制造誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，通常被稱為“iPS cells”，然后形成這些迷你大腦，研究疾病的過程，以及在藥物治療的過程中用于篩選治療藥物。在大約五年內(nèi)，他的目標(biāo)是利用這個(gè)系統(tǒng)開發(fā)臨床試驗(yàn)，來使一個(gè)人的受損的神經(jīng)系統(tǒng)得到改善或再生。