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    一個(gè)國際研究團隊使用干細胞成功培育出一個(gè)模仿人腦早期發(fā)育的3D結構.研究顯示,這種"類(lèi)腦器官(迷你大腦)"可以被用作微觀(guān)分析人類(lèi)遺傳性疾病發(fā)病機理的模型系統.在罹患遺傳性疾病的人群中,其大腦體積明顯縮小.

    該研究由奧地利分子生物技術(shù)研究所的JuergenKnoblich牽頭,并聯(lián)合英國愛(ài)丁堡大學(xué)醫學(xué)研究委員會(huì )(MRC)人類(lèi)遺傳小組的科學(xué)家共同開(kāi)展,為搞清關(guān)于腦組織發(fā)育和神經(jīng)疾病的人類(lèi)特征提供了一種新的實(shí)驗室方法,而這種方法恰恰是使用動(dòng)物模型所無(wú)法實(shí)現的.

    為進(jìn)行腦組織培養,研究人員利用干細胞自身形成復雜器官結構的能力研制了一種可以進(jìn)行微調的培養系統.

    研究人員首先利用人類(lèi)胚胎和誘導多能干細胞展開(kāi)研究,后者能夠用來(lái)培養神經(jīng)外胚層(胚胎細胞的外層)--大腦的所有部分和神經(jīng)系統都由神經(jīng)外胚層發(fā)育而來(lái)的.研究人員隨后將部分組織植入人工凝膠中(人工凝膠是復雜組織發(fā)育的平臺),然后再放入旋轉生物反應器.培養基在反應器中的循環(huán)改善了氧和氮的供應,促使迷你大腦的體積變大.

    一個(gè)月之后,組織的碎片可以自行排列成能夠發(fā)育成視網(wǎng)膜、脈絡(luò )叢和大腦皮層等大腦區域的原始結構.研究人員在顯微鏡下觀(guān)察大腦皮層,可以看到在中樞神經(jīng)系統發(fā)育中發(fā)揮關(guān)鍵作用的放射狀膠質(zhì)干細胞,正在以同正常發(fā)育相似的方式生成神經(jīng)元.到兩個(gè)月時(shí),迷你大腦的最大尺寸已經(jīng)達到4毫米,但它們尚缺乏一個(gè)完全發(fā)育的大腦的更為細微的組織結構.

    使用病人的誘導多能干細胞,研究人員已經(jīng)能模擬出小頭畸形癥的發(fā)展過(guò)程.實(shí)踐證明,小頭畸形癥的發(fā)展過(guò)程很難在小鼠身上復制.結果不出所料,使用這些細胞培養的迷你大腦的尺寸果然較小.

    進(jìn)一步的研究發(fā)現,這些病人所發(fā)生的基因突變導致了神經(jīng)干細胞從自我復制到分化成神經(jīng)細胞的時(shí)間早于正常情況,這就造成細胞總數減少以及迷你大腦的尺寸變小.

    參與該項研究的MRC人類(lèi)遺傳小組的AndrewJackson博士是一位研究神經(jīng)障礙的醫學(xué)遺傳學(xué)家,他說(shuō):"人腦是人類(lèi)已知的最復雜的生物結構之一.這樣的復雜結構不能在小鼠等模型動(dòng)物身上出現,因此迷你大腦培育系統為我們研究組織培養中大腦的早期發(fā)育情況提供了一個(gè)極好的新方法,從而幫助科學(xué)家了解更多有關(guān)小頭畸形等神經(jīng)發(fā)育障礙方面的情況."

    MRC干細胞與發(fā)育生物學(xué)項目經(jīng)理PaulColvilleNash說(shuō):"我們的奧地利同事在3D系統培養方面取得了重要的成就,為科學(xué)家對人腦早期發(fā)育時(shí)的復雜相互作用進(jìn)行真實(shí)模擬提供了一個(gè)好的方法.在如此復雜的細胞培養中生成組織是在實(shí)驗室研究人類(lèi)疾病邁出的一大步."

    Knoblich表示:"這是一項極富吸引力的研究項目,它說(shuō)明使用干細胞建立模型系統潛力巨大,它可以為人類(lèi)發(fā)展和抗擊疾病提供新的啟示.像這樣的模型系統或可在新療法進(jìn)入臨床試驗前的早期試驗中發(fā)揮重要作用."