體外人體器官是指由重新編程的干細胞生產(chǎn)的器官的三維、小型化、簡(jiǎn)化版本。近年來(lái),這一技術(shù)的發(fā)展使得科學(xué)家能夠更真實(shí)、更詳細地研究生物功能、疾病以及研發(fā)相應的治療方法。
這一技術(shù)也被科學(xué)家用于對人體皮質(zhì)器官的培育上。“大腦器官樣物質(zhì)可以形成各種大腦區域。它們顯示出具有功能性和電刺激能力的神經(jīng)元”加州大學(xué)圣迭戈醫學(xué)院兒科和細胞與分子醫學(xué)系教授、該研究的通訊作者Alysson Muotri博士說(shuō),“而且它們在基因表達水平上類(lèi)似于人類(lèi)皮層的發(fā)育。”
Muotri是這一領(lǐng)域的領(lǐng)導者之一,他利用“皿中大腦(brain-in-a-dish)”的方法提供了第一個(gè)直接的實(shí)驗證據,證明寨卡病毒可以導致嚴重的出生缺陷;他還將現有的HIV藥物重新用于一種罕見(jiàn)的遺傳性神經(jīng)疾病,并創(chuàng )造了尼安德塔人化的“迷你大腦”。
但是,人類(lèi)大腦器官的產(chǎn)生既困難又耗時(shí)且昂貴,需要復雜的工具和專(zhuān)門(mén)知識來(lái)首先從皮膚細胞中產(chǎn)生能夠變成幾乎任何類(lèi)型細胞的人類(lèi)誘導多能干細胞( iPSCs ),也被稱(chēng)為成纖維細胞,然后指導這些iPSCs分化成各種相互關(guān)聯(lián)的細胞類(lèi)型,包括像大腦這樣的器官。
在這篇新論文中,資深作者M(jìn)uotri和他的同事描述了一種新的、快速有效且低成本的方法,可以將數上百個(gè)個(gè)體的體細胞直接重新編程為皮質(zhì)器官。為了做到這一點(diǎn),他們壓縮并優(yōu)化了這個(gè)過(guò)程的幾個(gè)步驟,使體細胞被重新編程、擴展和刺激,最終幾乎同時(shí)形成皮層細胞。結果使一種皮質(zhì)器官樣物質(zhì)只需簡(jiǎn)單的操作就能從體細胞中完全發(fā)育出來(lái)。
據Muotri介紹,這一技術(shù)的潛在用途非常廣泛,包括創(chuàng )建大型大腦器官庫,以及發(fā)現與一些未知意義的突變相關(guān)的人類(lèi)神經(jīng)系統疾病的因果遺傳變異(如自閉癥譜系障礙等)。“如果我們想了解人類(lèi)認知的可變性,這是第一步。” Muotri說(shuō)。
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