在培养皿中生长的类脑器官为研究自闭症提供了一扇窗

犹他大学健康科学家说，无论你做什么，都不要称它们为“迷你大脑”。无论如何，这些种子大小的类器官——它们是在实验室里从人类细胞中培养出来的——提供了对大脑的深入了解，并揭示了可能导致某些人自闭症的差异。

“我们过去认为，在大脑中建立细胞组织模型太难了大脑U of U Health的神经生物学助理教授Alex Shcheglovitov博士说。“但这些类器官会自我组织。几个月后，我们看到的细胞层让人联想到大脑皮层在人脑中。”

描述类器官及其理解神经疾病的潜力的研究发表在自然通讯10月6日，Shcheglovitov作为资深作者，王跃奇博士，他实验室的前研究生，作为第一作者。他们与博士后科学家Simone Chiola博士以及犹他大学、哈佛大学、米兰大学和蒙大拿州立大学的其他合作者进行了这项研究。

调查自闭症

有能力以这种方式模拟大脑的各个方面，科学家们可以一窥活体器官的内部运作，否则几乎不可能进入。由于类器官是在培养皿中生长的，它们可以用大脑无法做到的方式进行实验测试。

Shcheglovitov的团队使用了一种创新的方法来研究与基因异常相关的影响自闭症谱系障碍以及人类大脑的发展。他们发现类器官具有较低水平的基因，称为SHANK3有明显的特征。

尽管自闭症瀑样模型显示正常，部分细胞功能不正常:

• 神经元过度活跃，对刺激的反应更频繁，
• 其他迹象表明，神经元可能无法有效地将信号传递给其他神经元，
• 导致细胞相互粘附的特定分子途径被破坏了。

作者说，这些发现有助于揭示与自闭症相关症状的细胞和分子原因。他们还证明，实验室培养的类器官将有助于更好地了解大脑，它是如何发育的，以及疾病期间发生了什么问题。

“目标之一是使用脑类器官来测试药物或其他干预措施，以逆转或治疗疾病，”该研究的合著者、美国生物医学工程学院助理教授简·库班内克博士说。

建立一个更好的大脑模型

科学家们长期以来一直在寻找适合人类大脑的模型。实验室培养的类器官并不新鲜，但之前的版本并没有以可复制的方式发展，这使得实验难以解释。

为了创建一个改进的模型，Shcheglovitov的团队从大脑的正常发育中获得线索。研究人员提示人类干细胞为了成为神经上皮细胞，一种特殊的干细胞类型在培养皿中形成自组织结构，称为神经玫瑰花结。在几个月的过程中，这些结构合并成球体，并以类似于地球的速度增加了大小和复杂性大脑发育在一个成长中的胎儿中。

Shcheglovitov说，在实验室里待了5个月后，这些类器官让人想起了怀孕后15到19周的“人脑的一条皱纹”。这些结构包含了大脑皮层中发现的一系列神经细胞和其他细胞类型，大脑皮层是大脑的最外层，涉及语言、情感、推理和其他高级心理过程。

就像人类胚胎一样，类器官以一种可预测的方式自我组织，形成神经网络它以振荡的电节律搏动，并产生不同类型的成熟脑细胞所特有的各种电信号。

“这些类器官的电生理活动模式与大脑中的实际活动相似。我没想到会这样，”库班尼克说。“这种新方法是最主要的细胞类型而且是以功能上有意义的方式。”

Shcheglovitov解释说，这些更可靠地反映大脑皮层复杂结构的类器官，将使科学家能够研究大脑中特定类型的细胞是如何产生的，以及如何协同工作以执行更复杂的功能。

“我们开始了解大脑中复杂的神经结构是如何人类的大脑起源于简单的祖细胞，”王说。“我们能够使用3D类器官来测量与疾病相关的表型，这些器官来自含有维生素d的干细胞基因突变．"

他补充说，使用类器官，研究人员将能够更好地调查在症状出现之前，神经系统疾病的早期阶段发生了什么。