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移植的脑器官为神经系统疾病提供了深入的研究

2019-01-09 21:10:34 • 来源：

许多神经系统疾病——阿尔茨海默氏症，精神分裂症，自闭症，甚至抑郁症——在新的治疗方法上已经落后。因为大脑是如此复杂，很难发现新的药物，甚至当一种药物在动物模型中很有前途时，它通常对人类不起作用。

移植的脑器官为神经系统疾病提供了深入的研究

科学家们正致力于通过干细胞技术改变这一现状，方法是从病人身上提取皮肤细胞，并将这些细胞转化为神经元。然后，研究人员可以测试新药，研究在这些实验室培养的神经元中疾病的发展，甚至可以测试使用这些“个性化神经元”通过移植进行组织替代，治愈大脑受损部分的潜力。然而，尽管生物学家已经成功地在培养皿或试管中培育出微小的、以干细胞为基础的类脑“类器官”，用于诊断和治疗，但这些模型系统距离代表大脑的复杂性还有很长的路要走。

索尔克研究所的科学家们报告了一种新的方法，这种方法可以通过向啮齿动物体内移植来确保它们获得足够的氧气和其他营养物质，从而开发出更复杂的类器官模型。这项研究于2018年4月16日发表在《自然生物技术》(Nature Biotechnology)杂志上，有望为开发治疗大脑疾病的方法提供见解;加快药品检验工作;甚至为将来将健康的人类细胞移植到人类大脑中以替代受损或功能失调的组织铺平道路。

索尔克遗传学实验室的教授、资深作者Rusty Gage说:“大脑类有机物是研究人类大脑发育和疾病的有力工具。”但目前它们还不能完全代表自然生理环境。这项研究让我们更接近于对人类大脑更忠实、更有功能的表征，并可能帮助我们设计更好的神经和精神疾病治疗方案。

在培养皿或试管中生长的脑器官在结构和功能上都受到限制，因为没有血管系统，营养物质就无法到达其三维结构的内部。这就减少了类有机物的存活时间和复杂性，因为细胞无法进行多次分裂来增加其数量或使细胞类型多样化。尽管一些研究人员试图通过同时将血管组织移植到类器官上来解决这些局限性，但这种方法仍然不能完全模拟真实大脑的细胞微环境。

盖奇实验室试图通过将人类干细胞为基础的类器官移植到老鼠大脑血管丰富的区域，来复制一个更具支持性的生理环境。移植的人体类器官融入宿主环境，形成神经元和神经支持细胞，称为星形胶质细胞，并由免疫细胞检测。值得注意的是，研究小组不仅看到了原生血管，还看到了流经它们的血管——这是首次发现类器官血管。

“这是一个巨大的成就，”索尔克研究所的助理研究员、论文第一作者阿贝德·阿尔法塔·曼苏尔(Abed AlFattah Mansour)说。“我们看到血管渗入类器官并为其供血，这很令人兴奋，因为这可能是类器官长期存活的保证。”

作为研究的一部分，Salk团队在移植前将每个器官分成两半，并在培养基中保持其中的一半，这样他们就可以直接比较两种环境的益处。他们发现，几个月后，培养的一半细胞充满了死亡细胞，而与年龄匹配的啮齿动物体内的类器官是健康的。

为了查明移植的类器官是否功能正常和健康，研究小组进行了钙成像测试，在测试中，神经元在放电时会产生一种染料。事实上，类器官内的神经元是同步放电的。此外，研究小组还使用了一种名为光遗传学的技术(细胞对光产生反应)来证实移植的神经元正在彼此之间以及与宿主生物之间形成连接，这也是第一次。

曼苏尔说:“这表明，血液供应的增加不仅帮助类器官保持更长时间的健康，而且使其能够达到一定程度的神经复杂性，这将有助于我们更好地了解脑部疾病。”

人类在动物身上的移植已经在大脑和其他组织中使用了几十年，以提高存活率和测试成熟功能。

“这项工作建立在我在1984年帮助开发的移植技术的基础上，”Gage补充说，他是Vi和John Adler的主席，负责年龄相关性神经退行性疾病的研究。“令人欣慰的是，它与大脑类器官如此有效，这在阐明神经精神疾病中的大脑功能方面有着巨大的潜力。”

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