大腦類器官開發(fā)出對光有反應(yīng)的視杯

根據(jù) 8 月 17 日發(fā)表在Cell Stem Cell雜志上的一項(xiàng)研究，人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 (iPSC) 可用于生成包含稱為視杯的眼睛結(jié)構(gòu)的大腦類器官。類器官從類腦區(qū)域的前部自發(fā)地發(fā)育出雙側(cè)對稱的視杯，證明了 iPSC 在高度復(fù)雜的生物過程中的內(nèi)在自構(gòu)圖能力。

“我們的工作突出了大腦類器官產(chǎn)生原始感覺結(jié)構(gòu)的非凡能力，這些結(jié)構(gòu)對光敏感，并擁有與體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型相似的細(xì)胞類型，”杜塞爾多夫大學(xué)醫(yī)院的高級研究作者 Jay Gopalakrishnan 說。“這些類器官可以幫助研究胚胎發(fā)育過程中的腦-眼相互作用，模擬先天性視網(wǎng)膜疾病，并生成用于個(gè)性化藥物測試和移植治療的患者特異性視網(wǎng)膜細(xì)胞類型。”

可以使用源自多能干細(xì)胞的 3D 大腦類器官來研究人類大腦發(fā)育和疾病的許多方面，這可以產(chǎn)生體內(nèi)所有細(xì)胞類型。研究人員以前使用人類胚胎干細(xì)胞產(chǎn)生視杯，從而形成視網(wǎng)膜——眼睛后部的光敏組織層。另一項(xiàng)研究表明，iPSCs 可以產(chǎn)生視杯樣結(jié)構(gòu)，iPSCs 來自已通過基因重編程回胚胎樣多能狀態(tài)的成體細(xì)胞。

過去，從多能干細(xì)胞生產(chǎn)視杯的重點(diǎn)是生成純視網(wǎng)膜。直到現(xiàn)在，視杯和其他 3D 視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)還沒有在功能上整合到大腦類器官中。

為了實(shí)現(xiàn)這一壯舉，Gopalakrishnan 和他的團(tuán)隊(duì)修改了他們之前開發(fā)的將 iPSC 轉(zhuǎn)化為神經(jīng)組織的協(xié)議。人腦類器官形成視杯，最早在 30 天內(nèi)出現(xiàn)，并在 50 天內(nèi)成熟為可見結(jié)構(gòu)。這個(gè)時(shí)間框架與人類胚胎視網(wǎng)膜發(fā)育的時(shí)間框架相似，可以使某些類型的發(fā)育神經(jīng)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)更有效。

在來自四位 iPSC 供體的 16 個(gè)獨(dú)立批次中，研究人員生成了 314 個(gè)大腦類器官，其中 72% 形成了視杯，表明該方法是可重復(fù)的。這些結(jié)構(gòu)包含不同的視網(wǎng)膜細(xì)胞類型，形成對光有反應(yīng)的電活性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。視杯大腦類器官還包含晶狀體和角膜組織，并表現(xiàn)出與大腦區(qū)域的視網(wǎng)膜連接。“在哺乳動(dòng)物的大腦中，視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的神經(jīng)纖維伸出來與它們的大腦目標(biāo)連接，這是以前從未在體外系統(tǒng)中顯示過的方面，”Gopalakrishnan 說。

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