人类干细胞培育出3D微型大脑
查字典生物网
2016-12-22
据最新一期美国《细胞》杂志报道，美国科学家借助人类干细胞培育出一个3D“微型大脑”，并发现其在结构和功能上比目前广泛使用的2D模型更为接近真正的大脑。新模型将有助于科学家更好地理解大脑发育，以及阿尔茨海默氏症或精神分裂症等神经系统疾病。
美国索尔克研究所基因分析实验室主任约瑟夫·埃克教授说，将人脑细胞培育为微型3D器官是一项重大的突破。有了在结构上最为接近实际大脑的模型，科学家就能通过观察其遗传和表观遗传特征来寻求其最为接近实际大脑的功能。
多年来，细胞生物学家通过化学方法促使胚胎干细胞在培养皿中发育（分化）成各种类型的脑细胞。研究人员可从这些单层细胞中收集大量信息，但局限于这些真实的脑组织是2D的。2013年，欧洲研究人员开发出一种新方法，可在3D凝胶中生长胚胎脑细胞，并分化成类似真实大脑的多层脑细胞。然而，这些实验室培养的被称为类器官的迷你大脑与真实大脑之间在功能上的差异并不明确。
索尔克研究所对大脑发育早期阶段的类器官与相同阶段的真实大脑组织进行了比较。研究人员发现，在细胞获得的分化度上，类器官要比二维模型更为接近真实大脑，也就是类器官沿着非常类似于真实大脑的早期发育时间线进行发育。
为创建用于分析的类器官，研究团队使用H9人胚胎细胞系，加入合适的化学物质，诱导这些细胞沿着一条神经发育通路生长60天。然后，他们分析了类器官的表观遗传学特征。细胞的表观基因，受饮食或压力等环境因素影响，已越来越多地被认为与发育和精神分裂等疾病相关。
研究人员表示，之前从没有人做过脑组织体的表观基因组测序。此类评估对于理解大脑发育，特别是最终利用这些组织开发神经系统疾病治疗方法尤为重要。
大脑如宇宙般庞杂浩瀚，人类理解它也像认知天体那样，从点到线再到面，然后深入到多层维度，再由看得见到看不见。我们探索大脑神经元、神经回路、灰质、海马体……从细胞到基因，从基础形态到功能，从2D到3D，在这颗“大脑星球”中，学无止境！
