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2018全球硬科技创新大会生物技术论坛

经济、高效、快速!干细胞技术构建人脑再下一城

2018/09/11 来源:生物探索
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导读
受限于伦理问题和人脑的脆弱性,科学家们对人脑功能的研究一直很有限。近日,加州大学圣地亚哥医学院的研究人员在最新一项研究中描述了一种快速、经济高效的方法,可以直接在体外培育出人体脑器官!解决了以往以动物模型替代人脑器官进行研究的限制。

DOI:https://doi.org/10.1089/scd.2018.0112

体外人体器官是指由重新编程的干细胞生产的器官的三维、小型化、简化版本。近年来,这一技术的发展使得科学家能够更真实、更详细地研究生物功能、疾病以及研发相应的治疗方法。

这一技术也被科学家用于对人体皮质器官的培育上。“大脑器官样物质可以形成各种大脑区域。它们显示出具有功能性和电刺激能力的神经元”加州大学圣迭戈医学院儿科和细胞与分子医学系教授、该研究的通讯作者Alysson Muotri博士说,“而且它们在基因表达水平上类似于人类皮层的发育。”

Muotri是这一领域的领导者之一,他利用“皿中大脑(brain-in-a-dish)”的方法提供了第一个直接的实验证据,证明寨卡病毒可以导致严重的出生缺陷;他还将现有的HIV药物重新用于一种罕见的遗传性神经疾病,并创造了尼安德塔人化的“迷你大脑”。

图为自闭症谱系障碍患者的人脑器官切片的假彩色图像(图片来源:Alysson Muotri)

但是,人类大脑器官的产生既困难又耗时且昂贵,需要复杂的工具和专门知识来首先从皮肤细胞中产生能够变成几乎任何类型细胞的人类诱导多能干细胞( iPSCs ),也被称为成纤维细胞,然后指导这些iPSCs分化成各种相互关联的细胞类型,包括像大脑这样的器官。

在这篇新论文中,资深作者Muotri和他的同事描述了一种新的、快速有效且低成本的方法,可以将数上百个个体的体细胞直接重新编程为皮质器官。为了做到这一点,他们压缩并优化了这个过程的几个步骤,使体细胞被重新编程、扩展和刺激,最终几乎同时形成皮层细胞。结果使一种皮质器官样物质只需简单的操作就能从体细胞中完全发育出来。

据Muotri介绍,这一技术的潜在用途非常广泛,包括创建大型大脑器官库,以及发现与一些未知意义的突变相关的人类神经系统疾病的因果遗传变异(如自闭症谱系障碍等)。“如果我们想了解人类认知的可变性,这是第一步。” Muotri说。

责编:浮苏

参考资料:

Building a better brain-in-a-dish, faster and cheaper

Direct generation of human cortical organoids from primary cells

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