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科学家用干细胞培育出了“有眼睛的迷你大脑”

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科学家报告说,在实验室中用干细胞培育出的微型大脑自发形成了基本的眼睛结构。

在培养皿中生长的微小人脑类器官显示出两个双侧对称视杯的生长,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能有助于我们更好地了解眼睛分化和发育的过程,以及眼部疾病。

科学家用干细胞培育出了“有眼睛的迷你大脑”

德国杜塞尔多夫大学医院的神经科学家 Jay Gopalakrishnan 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,这些结构对光敏感并且包含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。”

正如您想象的那样,大脑类器官并不是真正的大脑。 这些是从诱导多能干细胞中生长出来的小型三维结构——这些细胞是从成人身上获得并转化为干细胞,有可能长成许多不同类型的组织。

在这种情况下,这些干细胞可以长成脑组织块,这些脑组织没有任何类似思想、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,使用真实的大脑是不可能的,或者至少在伦理上是困难的——例如,测试对药物的反应或观察细胞在某些不利条件下的发育。 这一次,Gopalakrishnan 和他的同事们计划观察眼睛的发育。

科学家用干细胞培育出了“有眼睛的迷你大脑”

在之前的研究中,其他科学家使用胚胎干细胞培养视杯,这种结构在胚胎发育过程中几乎变成了整个眼睛。 其他研究已经从诱导多能干细胞中开发出视杯样结构。

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。 这将使我们能够看到这两种类型的组织如何一起生长,而不是简单地单独生长光学结构。

之前关于类器官发育的研究表明存在视网膜细胞,但它们还没有发育出光学结构,因此该团队改变了他们的方案。 他们并没有试图在神经元分化的早期阶段强制发育纯神经元细胞,而是在培养基中添加视黄醇乙酸酯作为眼睛发育的辅助手段。

到发育第 30 天时,他们精心维护的婴儿大脑已经形成视杯,到第 50 天时这些结构清晰可见。 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。

还有其他后果。 视杯包含不同类型的视网膜细胞,组织成光反应神经网络,甚至包含晶状体和角膜组织。 最后,这些结构证明了视网膜与脑组织区域的联系。

科学家用干细胞培育出了“有眼睛的迷你大脑”

在该团队培养的 314 个大脑类器官中,73% 发育出了视杯。 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内保持活力,以进行具有巨大潜力的更深入的研究。

他们在论文中写道:“可以开发出含有显示高度特化神经元细胞类型的视神经囊泡的脑类器官,为创建用于移植的个性化类器官和视网膜色素上皮片开辟了道路。” “我们相信 [这些] 是下一代类器官,有助于模拟由早期神经发育障碍引起的视网膜病变。”

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