科学家成功培育干细胞组成的“迷你大脑”，并从中发展出类似眼睛的结构

发育第 60 天时具有视杯的脑类器官。（Gabriel 等人，细胞干细胞，2021 年）

科学家在 2021 年发表的一篇引人入胜的论文中报告说，在实验室中用干细胞培育出的迷你大脑自发形成了基本的眼部结构。

在培养皿中培养的微小的人脑类器官上，可以看到两个双侧对称的视杯在生长，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可以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。

德国杜塞尔多夫大学医院的神经科学家 Jay Gopalakrishnan 在 2021 年的一份声明中说：“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，这些感觉结构对光敏感，并且具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，并生成患者特异性视网膜细胞类型，用于个性化药物测试和移植治疗。”

（埃尔克·加布里埃尔）

大脑类器官并不是真正的大脑，正如您可能认为的那样。它们是从诱导多能干细胞中生长出来的小型三维结构——从成年人身上采集并逆向工程为干细胞的细胞，有可能长成许多不同类型的组织。

在这种情况下，这些干细胞被诱导长成脑组织团块，没有任何类似思想、情感或意识的东西。这种“迷你大脑”用于研究目的，在这些研究中使用活体大脑是不可能的，或者至少在伦理上很棘手——例如，测试药物反应，或观察某些不利条件下的细胞发育。

这一次，Gopalakrishnan 和他的同事们试图观察眼睛的发育。

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发育成几乎整个眼球。其他研究已经从诱导性多能干细胞中开发出了视杯状结构。

Gopalakrishnan 的团队并没有直接培养这些结构，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。这将增加了解两种类型的组织如何一起生长的好处，而不是仅仅孤立地生长光学结构。

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

“因此，研究视神经囊泡是至关重要的，视神经囊泡是眼睛的原基，其近端附着在前脑上，这对于正确的眼睛形成至关重要。”

之前在类器官开发方面的工作显示了视网膜细胞的证据，但这些并没有开发出光学结构，因此该团队改变了他们的方案。

他们并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了视黄醇乙酸酯以帮助眼睛发育。

（Gabriel 等人，细胞干细胞，2021 年）

早在发育 30 天时，他们精心照料的婴儿大脑就形成了视杯，50 天时结构清晰可见。这与人类胚胎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，它们组织成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通性。

Gopalakrishnan 说：“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连接它们的大脑目标，这是以前从未在体外系统中显示过的一个方面。”

而且它是可复制的。在该团队培养的 314 个大脑类器官中，73% 发展出了视杯。研究人员表示，该团队希望制定策略，使这些结构在更长的时间尺度上保持可行，以便进行具有巨大潜力的更深入的研究。

“可以开发出显示高度特化神经元细胞类型的含有视神经囊泡的脑类器官，为生成用于移植的个性化类器官和视网膜色素上皮片铺平道路，”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。”

该研究已发表在Cell Stem Cell上。

本文的一个版本于 2021 年 8 月首次发布。