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科學家首次證實“人-鼠大腦”具備功能連接，類器官研究再進一步！

健康知識養生常識

▎藥明康德內容團隊編輯
【科學家首次證實“人-鼠大腦”具備功能連接，類器官研究再進一步！】大腦被公認為最復雜、最神秘的人體器官 。 要弄清楚人腦的奧秘 ， 比如它如何發育以及為何會產生“故障”——出現一系列神經系統疾病 ， 多年來神經科學家常常需要借助于動物的大腦 。 近年來 ， 隨著干細胞領域的技術突破 ， 人腦類器官提供了更接近于人腦的新模型 。
日前 ， 科學家們利用創新的神經記錄技術 ， 首次證實了植入小鼠的人腦類器官能夠與動物原有的大腦皮層形成功能連接 ， 并對外界的光刺激做出反應 。
科學家首次證實“人-鼠大腦”具備功能連接，類器官研究再進一步！
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▲研究結果發表于《自然》旗下的NatureCommunications
人腦類器官利用人的誘導多能干細胞分化而來 ， 利用特定的培養條件 ， 這些細胞在培養皿中聚集并自我組裝成三維組織 ， 在結構、細胞類型等特征上與真實人腦相似 ， 還有復雜的神經電活動 ， 就像一個微型的人體大腦 。
除了這些相似之處外 ， 人腦類器官在功能屬性上是否也能模擬真正的大腦？為此 ， 科學家們嘗試著把培養皿中生成的人腦類器官植入了小鼠的大腦皮層 ， 對其神經活動進行長時間的實時監測 ， 并且將類器官植入物和周圍宿主皮層的神經電活動進行比較 。
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▲用透明石墨烯制成的微電極記錄類器官的電活動（圖片來源：參考資料[2]；Credit：DavidBaillot/UCSanDiego）
成功實現這一目的 ， 離不開技術創新 。 在這項研究中 ， 加州大學圣地亞哥分校的神經科學家和工程師開發了一種新技術 ， 利用透明石墨烯制成的低阻抗微電極陣列 ， 對腦組織內的神經元進行單細胞水平的電活動記錄 。 研究人員將電極陣列放置在植入的類器官上方 ， 可以同時記錄來自植入物和周圍腦組織的神經活動 。
與此同時 ， 他們使用了雙光子成像技術進行光學記錄 。 可以觀察到 ， 植入的類器官中有小鼠的血管 ， 意味著這些植入物可以獲得必要的營養的氧氣 。
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▲將人腦類器官和微電極植入小鼠大腦進行記錄（圖片來源：參考資料[1]）
當研究人員用白光給小鼠施加視覺刺激時 ， 他們根據電極記錄到的神經電活動發現 ， 人腦類器官與其周圍的鼠腦組織有著相同的電活動模式 。 通過功能連接 ， 電生理活動從類器官植入物距離小鼠視覺皮層最近的區域開始傳播 。 “我們的實驗表明 ， 視覺刺激喚起類器官中的電生理反應 ， 與周圍皮層的反應相匹配 。 ”論文第一作者、博士后MadisonWilson說 。
不僅電生理的監測結果表明植入小鼠大腦的類器官和宿主大腦之間形成了功能整合 ， 對腦組織進行免疫染色的結果也進一步證明類器官植入后 ， 人-鼠的神經元之間建立了突觸連接 。
基于這些發現 ， 研究小組指出 ， 這種帶有透明微電極植入小鼠體內的人腦類器官可以在未來發揮很多研究用途 ， 發展為一個多功能體內平臺 ， 全面評估人類神經元網絡的發育、成熟和功能整合 ， 模擬疾病 ， 評估用類器官修復受損大腦區域的潛力 ， 等等 。
參考資料：
[2]Humanbrainorganoidsimplantedintomousecortexrespondtovisualstimuliforfirsttime.RetrievedJan.3,2023fromhttps://www.eurekalert.org/news-releases/975413