類器官是在培養(yǎng)皿中精心培養(yǎng)的細(xì)胞集合，旨在模擬比傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)更好的器官結(jié)構(gòu)和組成，并讓研究人員以獨(dú)特的視角了解大腦等器官如何生長和發(fā)育。為了使它們在實(shí)驗(yàn)上有用，科學(xué)家們需要確定這些模型如何忠實(shí)地再現(xiàn)體內(nèi)細(xì)胞的行為。
現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院博德研究所和哈佛大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，人類腦類器官復(fù)制了發(fā)育中的人類皮層的許多重要細(xì)胞和分子事件，大腦皮層是大腦中負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)、感知和思維的部分。他們的發(fā)現(xiàn)今天發(fā)表在Cell上。
該團(tuán)隊(duì)從干細(xì)胞中培育出大腦類器官，并在六個(gè)月的時(shí)間內(nèi)仔細(xì)研究了它們的生長情況，使用的工具可以在單細(xì)胞水平及以上水平繪制細(xì)胞位置、基因表達(dá)和染色質(zhì)可及性——這決定了基因活性是如何被調(diào)節(jié)的——時(shí)間。然后，他們構(gòu)建了一個(gè)“圖譜”，描述了超過 600,000 個(gè)來自類器官的細(xì)胞，這些細(xì)胞在發(fā)育和成熟時(shí)被采樣。研究小組發(fā)現(xiàn)，在第一個(gè)月之后，在他們制造的每個(gè)類器官中，相同類型的細(xì)胞以相同的順序發(fā)育并表達(dá)與發(fā)育中的人類胚胎中的細(xì)胞相同的基因。
“這對我們來說非常重要，”該研究的資深作者、博德研究所成員、史丹利精神病學(xué)研究中心副成員、干細(xì)胞和再生生物學(xué) Golub 家族教授 Paola Arlotta 說。在哈佛大學(xué)。“這告訴我們，我們可以使用這些人腦類器官來研究人腦發(fā)育過程，否則我們將永遠(yuǎn)無法研究。”
研究人員還能夠識別基因表達(dá)模式和其他人類獨(dú)有的關(guān)鍵發(fā)育因素。他們認(rèn)為，由于這些類器官是早期大腦發(fā)育的相當(dāng)準(zhǔn)確的模型，并且可以在實(shí)驗(yàn)室中從少量干細(xì)胞中大量生長，因此這些模型可以幫助加速對大腦健康和神經(jīng)發(fā)育障礙的研究。
“該領(lǐng)域已經(jīng)花費(fèi)——并將繼續(xù)花費(fèi)——大量時(shí)間來開發(fā)更好、更可靠、更容易培養(yǎng)的人腦類器官，”Arlotta 說。“現(xiàn)在我們已經(jīng)表明，我們已經(jīng)達(dá)到了這樣一個(gè)地步，即它們足以研究人類大腦皮層的一些生物過程。這將使該領(lǐng)域更深入地了解我們的大腦是如何制造的，以及是什么讓它很特別。”
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