研究人员说，人类细胞的微小球体模仿大脑

人类的大脑是一个高度组织化的三维细胞群，负责我们的每一个动作、思想和情感。它被严密地安置在头骨的骨域内，也相对难以接近，使得研究变得困难。

现在，斯坦福大学医学院的研究人员已经发明了一种方法来制造球形的，自由漂浮的人类的大脑细胞模仿大脑皮层的结构，大脑皮层的外层脑组织负责我们如何在我们周围经历和察觉世界以及我们如何与他人互动。球形含有功能性神经元，工作突触和甚至称为星形胶质细胞的关键支持细胞，可保持神经功能。他们还表达了类似于妊娠类似于人类胎儿脑的模式。

研究人员希望，随着时间的推移，追踪皮质样球体的发展，并观察它们的细胞之间的相互作用，可能有助于揭示人类大脑的发展和神经精神疾病(如自闭症和精神分裂症)的分子原因。

“理解精神障碍的主要问题之一是我们无法直接进入人类大脑，”精神病学和行为科学助理教授塞尔吉·皮斯卡说。“这些球形非常类似于皮质的三维架构，并具有模拟胎儿脑中的基因表达模式。”

以前试图为研究产生特异性神经组织的尝试具有不成熟神经元的二维菌落，其不成熟的神经元不会产生功能突变，或者需要在一系列费力和技术上困难的步骤中生长细胞的外部矩阵。

相比之下，研究人员发现他们能够轻松地使用单个人体皮肤样品来容易地使它们称为“人皮质球体”。这些球形的直径长达5毫米，可以在实验室中保持九个月或更长时间。它们表现出复杂的神经网络活动，可以用珩磨的技术在动物模型中进行研究。

帕斯卡是5月25日在线发表的一项研究的资深作者自然方法，这是对工作的描述。博士后学者、新生儿学研究员Anca Pasca医学博士和研究生Steven Sloan共同发表了这篇论文。(Sergiu Pasca和Anca Pasca结婚了。)

“这种新方法的权力和承诺是非凡的，”联合作用的Ben Barres，Phd，神经生物学教授，发育生物学和神经学和神经科学。“例如，对于发育性脑疾病，可以从任何患者那里服用皮肤细胞，从而重播他们的大脑的发展，以确定什么样的发展步骤 - 以及如何纠正。对于阿尔茨海默病，一个人可以做到同样的确定神经元或胶质胶质是异常的，如果是的话，如果是的话，可能发生故障。现在我们可以将鼠标视为模型，而是从文字中从人类产生功能性神经元和胶斑。“

寻找一个好的模特

由于缺乏研究人类大脑发育和功能的良好模型系统，研究人员感到沮丧，于是开始了这项研究。虽然功能性磁共振成像等技术可以让科学家广泛地可视化大脑活动，但它们无法对大脑功能所必需的复杂神经网络进行近距离的个人观察。死后的组织可以给人一种大脑结构的感觉，但不能给人一种功能的感觉。

“我是一个神经病理学家，”塞尔吉帕斯卡说。“我需要研究正在射击的神经元。”

研究人员首先创建了七批诱导多能干细胞他们从五个人的皮肤中提取了iPS细胞。当IPS细胞在特定条件下生长时，它几乎可以变成人体的任何组织。他们将iPS细胞培养成扁平的多细胞集落，放置在实验室培养皿的表面。然后，研究人员小心翼翼地将完整的菌落分离，并将它们移到特殊的实验室培养皿中，这些培养皿经过处理，使细胞难以粘附在培养皿中。在几个小时内，殖民地开始折叠自己创造球体。然后，他们用生长因子和小分子的组合来处理这些细胞，以促进它们的发育神经祖细胞。大约七周后，球体中的近80％的细胞表达了神经组织制成的蛋白质。此外，约7％的细胞表达了另一种特异性的蛋白质，其特异性由星形胶质细胞 - 星形支撑细胞缠绕在突触周围，神经元之间的连接点。

“星形胶质细胞对神经元信令至关重要，”Pasca说。“但有效地同时有效地制作神经元和星形胶质细胞是挑战的。直到现在，研究人员一直依赖于啮齿动物或人类胎儿组织的星形胶质细胞，并试图在它们的顶部生长神经元。我们的系统产生了发展的星形胶质细胞音乐会与周围神经元的遗传相同。“

当切片人的皮质球状体或HCSS时，它们表现出与人皮层类似的架构。“与单层培养物相比，我们观察了HCSS中特定类型的特异性神经元细胞的有序，三维布置，”Pasca说。

“带来新见解的潜力”

研究人员发现，这种组织主要是由细胞本身驱动的。

帕斯卡说:“如果在我们进行这项研究之前有人问我，到底需要什么才能重新创造人类皮层，我会说这需要各种特定的分子线索和许多我们甚至没有意识到的其他条件。”“但实际上，一旦程序启动，满足了一些条件，细胞本身就会完成剩下的工作。”

对人体皮质球体的最后测试是将其切片并进行功能测试。研究人员发现，当受到刺激时，这些脑球中多达80%的神经元能够放电。此外，86%的神经元显示出自发神经信号，并参与神经网络活动。

“我们一直在对待它们，就像我们将鼠标大脑一样，”Pasca说，“并试图回答功能问题。我们发现如果我们刺激切片的一侧，我们可以记录另一方面的皮质活动边。”

我们往往非常有限于治疗选择，我们可以为精神障碍提供患者。

研究人员希望他们的学习将为许多科学家提供一种研究人类脑发展和功能的发射点。从长远来看，他们希望帮助患者各种各样的神经精神障碍。

“我是训练的医生，”Pasca说。“我们往往在治疗方案中往往非常有限，我们可以为精神障碍提供患者。从患者自己的细胞开始调查菜肴神经元和胶质功能的能力，以及从患者自己的细胞开始的网络活动有可能带来新的见解精神病疾病及其治疗。“

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