培養皿中的「大腦」：最新技術開闢大腦研究的新道路

大腦是人體中最為複雜的器官。儘管我們可以藉助大鼠等動物的大腦進行實驗，但由於其複雜性和倫理道德問題，人類腦部的科學實驗是非常難以進行的。一些困擾我們多年的疾病，例如帕金森症、阿爾茲海默症（俗稱老年痴呆）等神經變性疾病都急需通過腦部實驗研究來提供可靠的治療對策。

盧森堡大學系統生物醫學中心（LCSB）的科學家現在已經成功地將源自皮膚樣本的人類幹細胞轉化為與人類中腦細胞表現非常相似的微小三維腦樣培養物。在研究人員的培養皿中，不同的細胞類型發育、交互連接到一個網路中、交換信號併產生典型的活性大腦的代謝產物。 「我們的細胞培養為大腦研究開闢了新的大門」，Jens Schwamborn博士在「發展與細胞生物學」LCSB研究組的工作完成後說。 「我們現在可以用它來研究帕金森病的病因，以及如何有效地治療帕金森病。」該研究已經發表於著名的科學雜誌《Stem Cell Reports》。

人類中腦是帕金森研究人員特別感興趣的：它是醫學上被稱為黑質的組織結構的所在之處。在這裡，神經細胞，特別是多巴胺能神經元能夠產生信使多巴胺。多巴胺是保持身體平穩運動的關鍵物質。如果多巴胺能神經元死亡，那麼受影響的人會出現震顫和肌肉僵硬，帕金森症的獨特癥狀。*由於倫理問題的限制，研究人員不能從黑質中提取細胞進行研究。因此，世界各地的研究小組正在研究獲取培養皿中的中腦三維結構。由幹細胞研究員Jens Schwamborn領導的LCSB小組正是一個這樣的組織。

LCSB科學家對誘導性多能幹細胞進行了大量的研究。儘管幹細胞不能產生完整的生物體，但可以轉化為人體的所有細胞類型。將幹細胞轉化為腦細胞所需的程序是由Anna Monzel開發的， 「我必須為幹細胞開發一種特殊的、精確定義的雞尾酒生長因子和特定的治療方法，以便它們在所需的方向上進行區分，」Monzel描述了她的方法。為了做到這一點，她借鑒Schwamborn的團隊前幾年所做的廣泛的準備工作，將培養皿中的多能幹細胞繁殖並擴展成三維支持結構，最終產生組織樣細胞培養物。

「我們隨後對這些人造組織樣本的檢查顯示，中腦特徵的各種細胞類型已經發展分化，」Jens Schwamborn說。 「這些細胞可以傳輸和處理信號，我們甚至能夠檢測到多巴胺能細胞，就像中腦一樣。」這一事實使得全球的帕金森氏症研究人員都對LCSB的研究成果非常感興趣。此外，Schwamborn強調：「在我們的新細胞培養中，我們可以更好的研究導致帕金森病的機制，我們可以測試什麼環境影響會致病，例如如污染物等因素，以及是否有新的活性劑可能緩解帕金森病的癥狀，接下來我們將進行這樣的調查。「

腦組織培養的發展不僅為新的研究方法打開了大門，它也可以幫助減少大腦研究中動物測試的數量，畢竟世界各國大量的動物保護協會都反對使用動物進行實驗，他們認為這是不人道的。培養皿中的細胞培養物是人類來源的，並且在某些方面類似於人的大腦比實驗動物（例如大鼠或小鼠）的大腦更接近於人類的。因此，人類大腦的結構及其功能模式可以以不同於動物的方式進行建模。 「我們的技術也具有相當的創造經濟收益的可能，」Jens Schwamborn解釋說：「組織培養的生產是非常精細的，我們在未來可以為其他實驗室或製藥企業的研究提供付費的培養技術。「

參考文獻：

[Derivation of Human Midbrain-Specific Organoids from Neuroepithelial Stem Cells]