科学家培育出干细胞“迷你大脑”自行发育出眼睛结构

科学家在一篇引人入胜的新论文中报告说,在实验室中用干细胞培育出的微型大脑已经自发地发育出基本的眼睛结构。

在培养皿中生长的微小的、源自人类的大脑类器官上,可以看到两个左右对称的视杯生长,这反映了人类胚胎中眼睛结构的发育。这一令人难以置信的结果将帮助我们更好地了解眼睛分化和发育的过程,以及眼部疾病。

干细胞

德国杜塞尔多夫大学医院的神经科学家杰伊·戈帕拉克里希南( Jay Gopalakrishnan) 说: “我们的工作突出了大脑类器官产生原始感觉结构的非凡能力,这些结构对光敏感,并拥有与体内发现的细胞类型相似的细胞类型。”

“这些类器官可以帮助研究胚胎发育过程中的脑-眼相互作用,模拟先天性视网膜疾病,并生成用于个性化药物测试和移植治疗的患者特异性视网膜细胞类型。”

大脑类器官并不是真正的大脑,你可能会想到它们。它们是由诱导多能干细胞生长的小型三维结构——从成年人身上采集的细胞并逆向工程成干细胞,有可能生长成许多不同类型的组织。

在这种情况下,这些干细胞被诱导成长为脑组织团块,没有任何类似于思想、情感或意识的东西。这种“迷你大脑”用于研究目的,在这种情况下,使用真正的活大脑是不可能的,或者至少在伦理上是棘手的——例如,测试药物反应,或在某些不利条件下观察细胞发育。

在之前的研究中,其他科学家曾使用胚胎干细胞培养视杯,这种结构在胚胎发育过程中几乎发育成整个眼球。其他研究已经从诱导多能干细胞中开发出类似视杯的结构。

Gopalakrishnan 的团队不是直接培养这些结构,而是想看看它们是否可以作为大脑类器官的一个组成部分进行培养。这将增加看到两种类型的组织如何一起生长的好处,而不仅仅是孤立地生长光学结构。

“眼睛发育是一个复杂的过程,了解它可以为早期视网膜疾病的分子基础奠定基础,”研究人员在他们的论文中写道。

“因此,研究视囊泡是眼睛的原基,其近端连接到前脑,这对于正确的眼睛形成至关重要。”

以前在类器官开发方面的工作显示了视网膜细胞的证据,但这些没有形成光学结构,因此该团队改变了他们的方案。他们没有试图在神经分化的早期阶段强迫纯神经细胞发育,而是在培养基中添加视黄醇乙酸酯作为眼睛发育的辅助手段。

他们精心照料的婴儿大脑早在发育 30 天就形成了视杯,并且在 50 天时结构清晰可见。这与人类胚胎中眼睛发育的时间一致,这意味着这些类器官可用于研究这一过程的复杂性。

还有其他含义。视杯包含不同类型的视网膜细胞,这些细胞组成了对光有反应的神经网络,甚至包含晶状体和角膜组织。最后,这些结构显示出与脑组织区域的视网膜连接。

“在哺乳动物的大脑中,视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的大脑目标连接,这是以前从未在体外系统中显示过的方面,” Gopalakrishnan 说。

而且它是可复制的。在该团队生长的 314 个大脑类器官中,73% 发育出视杯。研究人员说,该团队希望制定策略,使这些结构在更长的时间范围内保持可行,以进行具有巨大潜力的更深入的研究。

“可以开发显示高度特化神经元细胞类型的含有视泡的脑类器官,为生成个性化类器官和用于移植的视网膜色素上皮层铺平道路,” 他们在论文中写道:。”

“我们相信 [这些] 是下一代类器官,有助于模拟早期神经发育障碍引起的视网膜病变。”

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