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两篇《Nature》公布重大成果:在培养皿中构建具有神经活动的大脑

浏览:1483 来源:生物通
 

斯坦福大学Sergiu Pasca教授和其同事4月26日发表《Nature》文章,报道了新型“disease-in-a-dish”模型技术。研究人员将受试者的皮肤细胞培养成神经元后,再将这些神经元彼此连接,形成脑部3D类神经器官(或称作球形体)。虽然微小,但这些具有基本神经电路功能的复制品,可以帮助研究人员更好的揭开人类脑部的神秘面纱,甚至能带领我们探索脑部发育的各种初始事件。


妊娠中后期,神经元逐渐从脑深层结构迁移到它们的指定位置,并将自己武装成大脑皮质(大脑外层结构,负责高阶心理功能)的重要工作组织。神经元的构造过程非常复杂,特别容易受到基因和环境的冒犯,导致自闭症、精神分裂症、和其他神经发育脑部障碍疾病的发生。


利用3D细胞培养技术Pasca团队过去也制作过皮质球形体,但是比较原始,无法显示不同结构区域的互动。在最新的文章中,Pasca团队诱导3D球形体分化出两个脑前额特定区域,然后将它们融合在了一起。然后,他们追踪神经元从脑深部球形体迁移至皮质球形体的过程,模仿大脑正常发育。这一新的模型首次揭示了人类前额通过构建神经电路和兴奋性/抑制性的脑部平衡的成熟过程。在类神经器官组织中,研究人员看到了低前脑区域神经元和高前脑区域的细胞迁移,前者传达减慢(抑制)神经活动信号,后者传达加速(兴奋)神经活动信号。


使用提摩西综合症(遗传性自闭症相关疾病)患者的皮肤细胞构建类神经器官球状体,研究人员发现患者的神经元迁移存在缺陷,移动的频率增加但是缺少效率,给予药物干涉后,情况得到逆转。“皮层形成的关键步骤的复刻再现,对发现和测试潜在的干预手段是一个新的希望,”NIMH主任Joshua Gordon说。“它使我们更接近‘实现脑部疾病精准医疗’的终极目标。”


“大脑回路中不同类型的神经元的精准布局和精确对接时机,对控制兴奋和抑制之间的平衡至为重要。”NIMH发育神经学项目主席David Panchision博士解释说。“用病人自己的细胞重新回放发育过程,将有助于我们在分子和细胞水平上鉴定和区分疾病类型。”


“我们的研究让特定细胞的相互作用和组织构建过程变得有据可循,同时,也使得个性化探索人类神经电路微观生理系统成为可能,”Pasca说。



原文标题


Assembly of functionally integrated human forebrain spheroids



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