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如何建立人类的大脑

2018-12-01 14:58:55 • 来源：

在一件白色实验室外套和蓝色乳胶手套中，Neda Vishlaghi通过光学显微镜观察了六个乳白色斑点。每个都大约是一个蒸粗麦粉的大小，沐浴在培养皿的淡橙色肉汤中。她用一只手拿着镊子，另一只手拿着手术剪刀，巧妙地把一个小块子剪成两半。

如何建立人类的大脑

在培养人类大脑时，有时你需要做一些修剪。

斑点是8周龄的脑状组织。虽然他们不会被误认为是Lilliputian大小的大脑，但他们的一些细粒度特征与人类大脑皮层非常相似，是我们记忆，决策和其他高级认知能力的基础。

Vishlaghi在加州大学洛杉矶分校的Eli和Edythe Broad中心再生医学和干细胞研究中创建了这些“小巴”，她是研究助理。首先，她将一批人类多能干细胞浸入一种特殊的化学物质混合物中，这些干细胞可以转化为体内的任何细胞类型。

自由漂浮的细胞成倍增加并合并成神经组织的细小的球。用精心定时剂量的生长支持成分培养，最终将细胞团转移到含有Matrigel(一种明胶样蛋白质基质)的肉汤的培养皿中。

在第56天，斑点显示神经“玫瑰花结”的阴影簇。在激光扫描显微镜下，那些玫瑰花结的剃刀薄片显示各种分裂神经干细胞和神经细胞或神经元的松散编织层，会发生。分层结构看起来类似于妊娠14周时人胎脑的结构。

在全球范围内，由加州大学洛杉矶分校发育生物学家和神经科学家Bennett Novitch领导的实验室正在培养成千上万的这些聪明的研究团块。不到五年前，奥地利和英国的一个生物学家团队以及日本的一个生物学家团队在宣布他们在一道菜中制作了一些基本的三维人类大脑皮质时，他们惊叹不已。从那以后，研究人员一直在急切地想要制作这些微型脑模型的技术，就像厨师们痴迷地改进他们最喜欢的食谱一样。

“就像做蛋糕一样：你有很多不同的方式可以做到这一点，”诺维奇说道，他更喜欢使用日本方法进行一些调整。“人们已经提出了各种各样的小技巧来克服一些共同的挑战。”

例如，由于大脑斑块缺乏内置血液供应，它们必须从组织培养液中吸收足够的氧气和营养素才能保持健康。为了帮助，一些实验室将肉汤在组织块周围循环。加州大学洛杉矶分校的研究人员选择在更高的氧气水平下生长它们，并在35天时切割斑点，当它们宽达3毫米时，然后大约每两周一次。听起来很激进，但切片让细胞在内部 - 其中一些开始死亡 - 暴露于急需的氧气和营养物质。那些分开的比特然后继续单独增长。但是，在内部膨胀的玫瑰花结构损坏之前，切割只能进行很多次。

通过所有的实验，研究人员已经做了很多创新，包括去年报道的一些非常好的进展。科学家们编造了几个大脑区域的微小版本，从调节体温，口渴和饥饿的下丘脑到控制运动的基底神经节。已经检测到反映活跃脑电路的神经元之间的电颤动。研究小组最近开始联系像乐高积木这样的特定地区。科学家甚至观察到一些早期的发育过程，因为它们发生在人类大脑的斑点中。

干细胞的收益

这项工作是更广泛的科学富矿的一部分，其源于诱导人类干细胞自组装成器官样组织球，称为类器官，通常不比扁豆大。尽管类器官的生长不足以复制整个人体器官，但这些迷你版本可以模仿从我们的肠道到肺部的三维细胞基础设施。这是你从啮齿动物研究中得不到的东西，它们的生物学特征与人类不同。

迷你器官模型为理解基本的人类生物学，戏弄人类疾病过程以及为寻找或审查药物治疗提供准确的试验场提供了巨大的优势。通过从患者的重编程细胞中创建个性化的类器官，科学家们可以以非常个性化的方式研究疾病 - 或者甚至可以使用类器官结构来代替某些受损组织，例如肝脏或脊髓。

“有机体提供了前所未有的人类大脑内部运作水平，”诺维奇说，并指出我们的大脑在很大程度上是禁止进行研究的。他和其他人说，如果科学家可以研究这些大脑中工作神经回路的准确模型，研究人员可能最终能够处理独特的人类神经系统疾病。这种疾病，包括癫痫和专家理论，精神分裂症和自闭症，可能在大脑的通信网络发展不良时出现。

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