多能幹細胞生成帶“視杯”的類腦器官

  • 2021-08-21 09:50
  • 來源: 科技日報

  根據17日發表在國際著名幹細胞雜志《細胞·幹細胞》上的一項研究,人類誘導的多能幹細胞(IPSCs)可以用來形成含有“視杯”(可形成視網膜)結構的類腦器官。該類器官自發地從類腦區域的前部發育出兩側對稱的“視杯”,證明了IPSCs在高度復雜的生物過程中的自我復制能力。

  研究人員表示,這一發現突出了大腦類器官産生原始感官結構的非凡能力,這些結構對光敏感,並且擁有與人體細胞相似的細胞類型。

  該類器官可以幫助研究胚胎發育過程中的大腦和眼睛的相互作用,模擬先天性視網膜疾病,並生成用于個性化藥物測試和移植治療的患者特異性視網膜細胞類型。

  人類大腦發育和疾病的許多方面都可以利用從多能幹細胞衍生的3D腦器官來研究,這種細胞可以分化成體內所有類型的細胞。

  此前,研究人員使用人類胚胎幹細胞分化出“視杯”,“視杯”形成了視網膜。另一項研究表明,“視杯”狀結構可以從IPSCs中産生,這些IPSCs來自成年細胞,這些細胞已經被基因重新編程回到類似胚胎的多能性狀態。

  過去,由多能幹細胞制造“視杯”的重點是生成純視網膜。在此項研究之前,“視杯”和其他3D視網膜結構還無法在功能上整合到大腦器官中。

  為了實現這一目標,研究團隊修改了他們之前開發的將IPSCs轉化為神經組織的方案。人腦類器官如若形成“視杯”,最早在30天內出現,並在50天內成長為可見結構。這一時間框架與人類胚胎中視網膜發育的時間框架相似。

  研究人員從IPSCs供體中生成了314個大腦類器官,其中72%的類器官形成了“視杯”。這些結構包含不同類型的視網膜細胞,它們形成了對光有反應的電活性神經元網絡。“視杯”大腦類器官還含有晶狀體和角膜組織,並顯示出視網膜與大腦區域的連接。

  研究人員表示:“在哺乳動物的大腦中,視網膜神經節細胞的神經纖維向外延伸,與它們的大腦目標相連,這在體外係統中從未出現過。”

  未來,研究人員計劃開發出“視杯”長期保持活力的策略,利用它們來研究導致視網膜疾病的機制。

  總編輯圈點

  類器官技術的出現,可以説為人們研究各種組織提供了強大工具。不過大腦類器官的生成往往要更為復雜一點,原因無他——我們對大腦及其神經係統的了解迄今尚不能説非常透徹。此次出現的大腦類器官包含了不同類型的視網膜細胞,其一方面幫助科學家進一步了解視覺與腦部的密切關係,另一方面,這個高度生理相關係統,為無數被視網膜疾病困擾的患者,帶來了根治的希望。

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責任編輯:李倩 李國棟

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