改善人类大脑瀑样来提高神经系统疾病的研究

哈佛大学的科学家和斯坦利Broad研究所精神病学研究中心作出了一个重大进步人类大脑发展的“瀑样”:小型,三维组织文化模型病人自己的脑细胞在培养皿中。他们的新方法,发表在自然,持续增长相同类型的细胞,在相同的顺序,人类大脑皮层的发展。提前可以改变研究人员研究神经精神疾病和测试药物的有效性。

背后的遗传学人类神经系统疾病是复杂的,与大跨度的基因组造成疾病发生和发展。研究神经系统疾病在其他动物给相关发现,机会有限人类的大脑是非常独特的。

瀑样直接为研究人类疾病提供巨大的希望。但到目前为止,他们没有在一个非常重要的方式。

“我们可能都使用我们的大脑不同,但是我们每个人都有相同的细胞类型和基本连接,收集“Paola Arlotta资深作者解释说,Golub家族哈佛大学干细胞与再生生物学教授和斯坦利中心的一员。“这种一致性是至关重要的,除了极少数的例外,每次复制人类大脑形式在子宫里。只有最小的我们之间的差异,根据细胞类型和结构在我们的大脑。”

直到现在,没有瀑样的情况。当他们做生成人类大脑细胞,每一个都是独一无二的。这意味着他们不能轻易使用比较病变之间的差异和控制大脑组织。

“瀑样大大先进我们研究人类大脑发育的能力,“Arlotta说。”,但直到现在,每一个都有自己的雪花,制造自己的特殊的细胞类型,不能一开始就一直在预测。我们解决了这个问题。”

开创性的工作基础上由已故的干细胞生物学家Yoshiki Sasai,团队创建瀑样时,实际上就很难区分从一个另外一个在实验室生长超过六个月。

此外,特定的文化条件下瀑样是健康的并且能够开发足够长的时间来生产广泛的细胞类型通常存在于人类的大脑皮层。

这些进步意味着大脑瀑样现在可以作为可行的实验系统,研究疾病在病人直接组织,并比较不同药物对人类大脑组织的影响。

相同的细胞,以同样的方式

研究人员专注于大脑皮层的瀑样:大脑的一部分负责认知、语言和感觉。大脑皮层中发挥着关键作用神经精神疾病如自闭症谱系障碍和精神分裂症。

“我们从多个瀑样干细胞系,从男性和女性origins-so他们的遗传背景不同,”西尔维亚•贝拉斯科第一作者解释说,哈佛大学科学家和Broad研究所。

人类大脑组织生长非常缓慢。在这项研究中,六个月后瀑样已经增长到3毫米。在大脑最大的RNA单细胞测序实验瀑样到目前为止,研究人员基于分组细胞基因表达在不同的阶段。使用大数据分析计算模型,他们比较每组的细胞类型发展的胚胎大脑皮层。

“尽管不同遗传背景,我们看到相同的细胞在相同的方式,在正确的顺序,最重要的是,在每一个瀑样Velasco)表示:“。“我们非常兴奋,这种模式给了我们这样的一致性。”

一种新的方式对疾病进行调查

使用优化方法从这一研究中,研究人员可以从干细胞来自患者瀑样,或工程师细胞含有突变与特定疾病相关。

Arlotta的实验室目前正在探索自闭症,使用CRISPR / Cas9基因编辑技术来开发大脑瀑样的障碍。

“现在可以比较‘控制’瀑样与我们创建的突变与疾病有关。这将给我们更多的确定性差异是有意义的,哪些细胞受到影响,和分子途径出错,”Arlotta说。“有可再生的瀑样将帮助我们更迅速转向具体的干预措施,因为他们将直接我们特定的遗传特性,引起疾病。将来,我设想我们能够更精确的提问什么差错的精神疾病。”

“在很短的时间内,我们已经获得了令人瞩目的了解人类大脑的许多不同的细胞类型,”合著者特拉维夫雷格夫说,他是一个核心机构成员和教师广泛研究所的主席,以及人类细胞Atlas项目的联合主席。“知识给了我们创建模型的基础的极其复杂的器官。克服问题的再现性研究人类大脑的方式打开大门,就在几年前被认为不可能的。”

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