在培养皿中培养的类脑器官为研究自闭症提供了一扇窗

无论你做什么，都不要叫它们“迷你大脑”，犹他大学健康中心的科学家说。不管怎样，这种种子大小的器官——在实验室里从人类细胞中培养出来的——提供了对大脑的洞察，并发现了可能导致某些人自闭症的差异。

“我们过去认为，在大脑中建立细胞组织模型太难了大脑亚利桑那大学健康学院神经生物学助理教授Alex Shcheglovitov博士说。“但这些类器官会自我组织。几个月后，我们会看到一层又一层的细胞让人想起大脑皮层在人脑中。”

描述类器官及其在理解神经疾病方面的潜力的研究发表在自然通讯10月6日，Shcheglovitov作为资深作者，他的实验室前研究生王跃奇博士作为主要作者。他们与博士后科学家Simone Chiola博士以及犹他大学、哈佛大学、米兰大学和蒙大拿州立大学的其他合作者进行了这项研究。

调查自闭症

通过这种方式建立大脑各方面模型的能力，使科学家得以一窥活体器官的内部运作，而这在其他情况下几乎是不可能进入的。由于类器官是在培养皿中生长的，它们可以用大脑无法做到的方式进行实验测试。

Shcheglovitov的团队使用了一种创新的方法来研究一种与自闭症谱系障碍以及人类大脑的发展。他们发现经过工程改造的类器官具有较低水平的基因，称为SHANK3有明显的特征。

尽管自闭症患者瀑样模型显示正常，部分细胞功能不正常:

• 神经元极度活跃，对刺激的反应更频繁，
• 其他迹象表明，神经元可能无法有效地将信号传递给其他神经元，
• 导致细胞相互粘附的特定分子通路被破坏了。

作者说，这些发现有助于揭示自闭症相关症状的细胞和分子原因。他们还证明，实验室培养的类器官对于更好地了解大脑、大脑是如何发育的，以及疾病期间发生了什么问题是有价值的。

“一个目标是使用大脑器官来测试逆转或治疗疾病的药物或其他干预措施，”Jan Kubanek博士说，他是该研究的合著者，也是美国生物医学工程学院的助理教授。

建立一个更好的大脑模型

科学家们长期以来一直在寻找适合人类大脑的模型。实验室培养的类器官并不新鲜，但之前的版本没有以可复制的方式发展，这使得实验难以解释。

为了创建一个改进的模型，Shcheglovitov的团队从大脑的正常发育中获得线索。研究人员提示人类干细胞为了成为神经上皮细胞，一种特殊的干细胞类型在培养皿中形成自组织结构，称为神经莲座。在几个月的时间里，这些结构合并成球体，在大小和复杂性上以类似于大脑发育在一个成长中的胎儿中。

Shcheglovitov说，在实验室里待了5个月后，这些类器官让人想起了怀孕后15到19周的“人类大脑的一条皱纹”。这些结构包含了在大脑皮层中发现的一系列神经细胞和其他类型的细胞，大脑皮层是大脑的最外层，涉及语言、情感、推理和其他高级心理过程。

就像人类胚胎一样，类器官以可预测的方式自我组织，形成神经网络它以振荡的电节律搏动，并产生不同的电信号，这是各种不同种类的成熟脑细胞的特征。

“这些类器官的电生理活动模式与大脑中的实际活动类似。我没想到会这样，”库班内克说。“这种新方法是最主要的模型细胞类型而且是以功能上有意义的方式。”

Shcheglovitov解释说，这些更可靠地反映大脑皮层复杂结构的类器官，将使科学家能够研究大脑中特定类型的细胞是如何产生的，以及如何协同工作来执行更复杂的功能。

“我们开始了解大脑中复杂的神经结构是如何人类的大脑来自简单的祖细胞，”王说。“我们能够使用3D类器官来测量与疾病相关的表型，这些器官来源于含有基因突变．"

他补充说，使用类器官，研究人员将能够更好地研究神经疾病的早期阶段，在症状出现之前发生了什么。