類器官研究新進(jìn)展
——人鼠大腦結(jié)合

■傅昭儀

從近代科學(xué)誕生以來(lái)，人類對(duì)于大腦的研究未曾斷絕，且始終處于生命科學(xué)的前沿領(lǐng)域。然而，大腦樣本的稀缺性和珍貴性限制了大腦體外研究的發(fā)展。近些年，科學(xué)家們利用胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多功能干細(xì)胞等人體干細(xì)胞成功在體外構(gòu)建出大腦類器官。這類組織可以像正常的新生腦細(xì)胞那樣形成類似腦皮質(zhì)的結(jié)構(gòu)，甚至具有完整的神經(jīng)細(xì)胞電生理活性。有了它，研究人員就可以在體外模擬人腦的早期發(fā)育和疾病。

不過(guò)，這種類器官也存在局限。體外生長(zhǎng)的類器官缺少在真實(shí)有機(jī)體中存在的各種連接，這會(huì)限制類器官的成熟，讓它們無(wú)法與其他控制行為的神經(jīng)環(huán)路整合，因而會(huì)影響類器官模擬具有遺傳復(fù)雜性和行為特征的神經(jīng)疾病和精神疾病的能力。

10 月12 日，來(lái)自美國(guó)斯坦福大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家帕斯卡團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature》在線發(fā)表了關(guān)于大腦類器官的最新研究性文章，表明克服了上述障礙，取得了新的進(jìn)展。

之前有研究試圖將人腦類器官植入成年大鼠的大腦，但這些細(xì)胞在植入后無(wú)法完全成熟。所以在本次研究中，研究人員將來(lái)自于人的多能干細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)分化為大腦皮質(zhì)類器官后，原位移植于出生3 天～7 天的新生無(wú)胸腺大鼠的體感皮層中，構(gòu)建了人鼠混合大腦類器官——t-hCO。這些幼鼠的免疫系統(tǒng)是具有缺陷的，因此移植的類器官不會(huì)遭到免疫排斥，而移植的時(shí)間點(diǎn)也非常關(guān)鍵，必須在大鼠的大腦神經(jīng)回路沒(méi)有完全形成之前完成，這樣能夠給類器官提供發(fā)育的窗口。

研究員在移植2 個(gè)月～3 個(gè)月后對(duì)大鼠腦部進(jìn)行MRI 成像，觀察t-hCO 的生長(zhǎng)狀態(tài)。結(jié)果表明，移植后的t-hCO 在3 個(gè)月內(nèi)體積增加了9 倍，移植12 個(gè)月后，移植動(dòng)物存活率為74%。同時(shí)未檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)或記憶缺陷、神經(jīng)膠質(zhì)增生等中樞神經(jīng)系統(tǒng)異常現(xiàn)象。這說(shuō)明與體外培養(yǎng)相比，大鼠體內(nèi)確實(shí)能夠更好地支持人腦類器官發(fā)育成熟。

不僅如此，研究人員還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，來(lái)自類器官的神經(jīng)元成功在大鼠大腦中建立了工作機(jī)制，和大鼠自身的神經(jīng)回路整合到了一起。當(dāng)觸碰老鼠的胡須時(shí)，其體感皮層中的人類細(xì)胞也會(huì)作出反應(yīng)。

研究人員還特殊處理了一些人腦組織，使得單個(gè)神經(jīng)元可以被特定頻率的藍(lán)光激活。被植入這些人腦組織的大鼠參與了一項(xiàng)新訓(xùn)練：它們腦中被植入了超薄光纖，當(dāng)這些光纖發(fā)出藍(lán)光時(shí)，它們就能在水龍頭里喝到水。結(jié)果顯示，這些大鼠學(xué)會(huì)了把藍(lán)光和喝水聯(lián)系起來(lái)。這表明植入的人腦細(xì)胞已經(jīng)真正參與了大鼠大腦的工作，可以驅(qū)動(dòng)大鼠的行為。

這次驚天動(dòng)地的“人鼠大腦結(jié)合”為大腦神經(jīng)退行性疾病研究和新藥開(kāi)發(fā)提供了新的希望。在希望之外，這項(xiàng)研究也帶來(lái)了倫理?yè)?dān)憂。目前的“人鼠融合腦”遠(yuǎn)不會(huì)讓老鼠擁有人類般的意識(shí)，被試驗(yàn)大鼠也沒(méi)有出現(xiàn)行為異常，但如果技術(shù)繼續(xù)發(fā)展又會(huì)怎樣呢？