科學家在老鼠身上培育人類大腦組織 可生長233天

在科學家看來，這些有人類大腦組織的老鼠在行為方式上與它們同類的一樣。

每個接受試驗的小鼠的大腦皮層都被植入了人類的「迷你大腦」，並用透明的玻璃蓋子代替了它們的部分頭骨。科學家們用這種方法來理解人類大腦的發育過程，並測試這些類器官將來是否會成為大腦皮層修復工具，以取代大腦中受傷或發育不正常的區域。

紐約州立大學布法羅分校神經學家邁克爾·斯塔喬維亞克（Michal Stachowiak）曾創造人類大腦的類器官來研究精神分裂症，他說這是一個「重要的技術進步」，並且是「在再生醫學中使用類器官的重要開端」。

2017年11月份，當索爾金研究所的研究人員在神經科學學會年會上簡要描述了他們的實驗時，生物倫理學家們提出了一個問題，即人類大腦中類器官會對老鼠的智力、意識甚至是老鼠的身份產生怎樣的影響。發表在《自然生物技術》雜誌上的最新論文詳細描述了類器官如何成功融入老鼠大腦的過程，並解決了其中一個問題：至少在科學家們的實驗中，擁有人類大腦類器官的老鼠似乎和其他老鼠沒有什麼不同，也沒有比後者更聰明。

自從2013年第一個人類大腦類器官通過幹細胞被培育出來以後，科學家們已經讓它們形成了像胎兒大腦一樣的結構，用來產生幾十種不同種類的腦細胞，並發育成像患Timothy綜合症等神經系統疾病等異常的組織。研究人員希望，在揭示人類大腦如何發育的過程中，類器官能比實驗室動物或培養的細胞更好。同時在正常情況下和出錯時，能識別潛在的治療或基因組編輯目標。

這項研究需要採集人體幹細胞，然後使其分化為腦細胞，並使其生長為幾毫米的實體，以模擬真實器官的結構、細胞數量甚至是電活動。但是，人類大腦類器官的逼真程度是有限的：當它們的直徑超過幾毫米時，氧氣和營養物質就無法進入它們最深處的細胞。

這項研究的負責人弗雷德·蓋奇（Fred Gage）說:「在我們的手中，類器官在五周內停止生長。從第十周開始，我們甚至看到許多邊緣部分的細胞也開始死亡，隨著時間的推移，這種變化越來越明顯。顯然，這是長期研究的一個明顯障礙。」

當我們的目標需要對三個月以上的大腦發育過程進行更長時間的研究時，當前的大腦器官就會開始萎縮。而在老鼠大腦中植入人類的大腦類器官，給它們生長和發育所需要的一切，可以幫助解決當前困境。

索爾金研究所將在實驗室培養皿中生長了31到50天的人腦組織類器官移植到小鼠大腦中(目前已經超過200個)前，他們已經從老鼠大腦中取出一小塊組織以便騰出空間。由於人類細胞通過基因工程表達出綠色熒光蛋白，這些微小斑點可通過透明玻璃顯示在明亮的石灰中。

大約80%的植入取得成功。在2到12周內，這些類器官就會產生額外的神經元，包括在人類大腦皮層特定區域內發現的神經元、神經膠質細胞（包括星形膠質細胞）以及神經幹細胞。到了14周時，幾乎所有的類器官都形成了豐富的血管網，可輸送養分和氧氣，支持類器官存活233天，它們的結構和細胞成熟度與新生兒差不多。

這些被植入的器官也在傳遞軸突（即將大腦信號從一個神經元傳送到另一個神經元的生物線），並進入到老鼠大腦的兩側，而不僅僅是靠近玻璃的一邊，並形成老鼠神經元的強突觸，人類和老鼠的神經活動是同步的。研究報告的主要作者阿貝德·曼蘇爾（Abed Mansour）說：

「當神經元聚集在一起時，這意味著它們是相互連接的，並進行交叉對話，從而形成了神經網路。」

然而，對於所有的人鼠混合體來說，這些嚙齒類動物並沒有成為比普通老鼠更好的學習者。科學家們把這些老鼠放在一個圓形的平台上，周圍有20個洞，輕輕地引導它們進入通向逃生通道的某個洞，然後讓它們自己嘗試利用記憶去尋找逃生洞口。(其他的洞都是死胡同。)在第一天的測試中，擁有人類大腦類器官的老鼠犯了更少的錯誤，更容易找到正確的洞，但是這種優勢在第二天就消失了。

蓋奇表示:「在行為測試方面，我們只是剛剛觸及了表面。我認為，為這個重要問題提供可靠答案還為時過早。這種逃避測試功能十分有限，我還不能排除其他行為影響。」 （小小）

原標題：Miniature Human Brains Grow for Months When Implanted in Mice Skulls