科學家實驗室培育出數百個微型人類大腦:迷你「類器官」|自閉症|細胞|幹細胞

  研究人員在實驗室中培植出了數百個微型人類大腦,試圖利用它們來研究自閉症和精神分裂症等精神障礙。而他們培植這些大腦的方法可以說簡單得令人驚訝。這些「類器官」直徑只有三至四毫米,結構類似於尚未發育成熟的人類大腦。圖為迷你大腦放大後的照片。

  研究人員利用人類皮膚細胞培育出了一些豌豆大小的「大腦」。圖為發育中的人類大腦(左圖)和「類大腦」(右圖)的對比。

  研究人員利用人類皮膚細胞培育出了一些豌豆大小的「大腦」。圖為發育中的人類大腦(左圖)和「類大腦」(右圖)的對比。

  我們為什麼是右撇子或左撇子?我們為什麼會出現自閉症?人類大腦至今仍有很多未解之謎。研究人員在實驗室中培植出了數百個微型人類大腦,試圖利用它們來研究自閉症和精神分裂症等精神障礙。

  新浪科技訊 北京時間10月8日消息,據國外媒體報道,我們為什麼是右撇子或左撇子?我們為什麼會出現自閉症?人類大腦至今仍有很多未解之謎。有些問題可以通過研究其它動物的大腦來解決,比如老鼠等。但有些獨特的問題只有人類大腦才會遇到,這種方法便束手無策了。

  最近研究人員在實驗室中培植出了數百個微型人類大腦,試圖利用它們來研究自閉症和精神分裂症等精神障礙。而他們培植這些大腦的方法可以說簡單得令人驚訝。這些迷你大腦是利用細胞培育出來的,該研究團隊使用的是皮膚細胞,但其實各種類型的細胞都可以。

  瑪德琳·蘭卡斯特(Madeline Lancaster)是劍橋醫學研究理事會分子醫學實驗室的一名工作人員,她便是參與這項研究的科學家之一。「這些大腦的生長方式和在胚胎中一模一樣。」蘭卡斯特醫生說道。

  科學家先利用蛋白質,將這些細胞轉化為幹細胞,隨著它們不斷生長,腦細胞就會漸漸分化出來。接著,研究人員會中斷提供給細胞的養分,而出於某種未知的原因,腦細胞似乎是這些細胞中最有活力的,因此存活了下來。研究人員再把這些腦細胞放到一種特製的凝膠中,然後放入孵化器中進行培養。

  「我們目前主要關注的是其它神經發育障礙疾病,如自閉症和智力障礙等。我們把在這些疾病中發現的變異情況引入到迷你大腦之中,然後在『類器官』發育的基礎上研究它們的發病機理。」蘭卡斯特博士介紹道。

  第一枚「瓶中的大腦」由幹細胞科學家於2013年首次培育成功。這些科學家希望,他們的研究結果能夠幫助我們找到神經與精神疾病的治療方法。這些「類器官」直徑只有三至四毫米,結構類似於尚未發育成熟的人類大腦,就像正常的大腦一樣,這些「類大腦」也分為灰質和白質,而且都包含特定的大腦區域。

  維也納分子生物技術研究院的約爾根·諾布里奇(Juergen Knoblich)從一名小頭畸形患者的結締組織中分離出了一些誘導多能幹細胞(簡稱iPS細胞)。小頭畸形是一種罕見、但極為嚴重的基因障礙症,患者的腦部體積比常人小得多,因此患有嚴重的精神障礙。就像很多神經疾病一樣,這種疾病很難通過白鼠進行研究,因為它們的大腦遠不如我們的複雜。

  該研究團隊採用了一種3D基質支架,模仿了人類胚胎的體內環境,還利用了一種名叫旋轉生物反應器的特殊實驗設備,為大腦提供所需的營養物質和氧氣。「該方法逐漸讓我們了解到了大腦發育過程中出現的一些缺陷。我們希望最終能利用它們來研究一些更為常見的疾病,如精神分裂症或自閉症等。」諾布里奇教授說道。「我們還希望能模擬出一些這樣的缺陷。」

  科學家最開始的目標是,研發出一款能用來研究大腦工作機理、更好地理解大腦疾病、以及測試新藥物的生物工具。很多研究人員都希望能培育出和人類大腦一模一樣的大腦。但也有一些研究人員認為,這一目標目前還難以實現。

  普利茅斯大學認知研究所的馬丁·科斯博士(Dr Martin Coath)質疑,怎麼會會有人試圖培育出「真正」的人類大腦呢?「『功能正常』的人類大腦具備自己的意識,有自己的願望和夢想,能夠感知疼痛,還會問我們對它做了些什麼。」他指出。「而如果我們能在實驗室中培育出一枚比人類大腦簡單得多的大腦,給它連上電子眼、電子耳和雙手,教會它做一些事情——這已經和很多簡單的生命體的大腦一樣複雜了。但在我看來,這並沒有那麼遙不可及。」(葉子)

  圖1:研究人員在實驗室中培植出了數百個微型人類大腦,試圖利用它們來研究自閉症和精神分裂症等精神障礙。而他們培植這些大腦的方法可以說簡單得令人驚訝。這些「類器官」直徑只有三至四毫米,結構類似於尚未發育成熟的人類大腦。圖為迷你大腦放大後的照片。

  圖2:研究人員利用人類皮膚細胞培育出了一些豌豆大小的「大腦」。圖為發育中的人類大腦(左圖)和「類大腦」(右圖)的對比。

  圖3:科學家利用幹細胞,把皮膚細胞轉化成了類似人類大腦的三維組織。

  圖4:我們為什麼是右撇子或左撇子?我們為什麼會出現自閉症?人類大腦至今仍有很多未解之謎。研究人員在實驗室中培植出了數百個微型人類大腦,試圖利用它們來研究自閉症和精神分裂症等精神障礙。

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