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    一個國際研究團隊使用干細胞成功培育出一個模仿人腦早期發育的3D結構.研究顯示,這種"類腦器官(迷你大腦)"可以被用作微觀分析人類遺傳性疾病發病機理的模型系統.在罹患遺傳性疾病的人群中,其大腦體積明顯縮小.

    該研究由奧地利分子生物技術研究所的Juergen Knoblich牽頭,并聯合英國愛丁堡大學醫學研究委員會(MRC)人類遺傳小組的科學家共同開展,為搞清關于腦組織發育和神經疾病的人類特征提供了一種新的實驗室方法,而這種方法恰恰是使用動物模型所無法實現的.

    為進行腦組織培養,研究人員利用干細胞自身形成復雜器官結構的能力研制了一種可以進行微調的培養系統.

    研究人員首先利用人類胚胎和誘導多能干細胞展開研究,后者能夠用來培養神經外胚層(胚胎細胞的外層)--大腦的所有部分和神經系統都由神經外胚層發育而來的.研究人員隨后將部分組織植入人工凝膠中(人工凝膠是復雜組織發育的平臺),然后再放入旋轉生物反應器.培養基在反應器中的循環改善了氧和氮的供應,促使迷你大腦的體積變大.

    一個月之后,組織的碎片可以自行排列成能夠發育成視網膜、脈絡叢和大腦皮層等大腦區域的原始結構.研究人員在顯微鏡下觀察大腦皮層,可以看到在中樞神經系統發育中發揮關鍵作用的放射狀膠質干細胞,正在以同正常發育相似的方式生成神經元.到兩個月時,迷你大腦的最大尺寸已經達到4毫米,但它們尚缺乏一個完全發育的大腦的更為細微的組織結構.

    使用病人的誘導多能干細胞,研究人員已經能模擬出小頭畸形癥的發展過程.實踐證明,小頭畸形癥的發展過程很難在小鼠身上復制.結果不出所料,使用這些細胞培養的迷你大腦的尺寸果然較小.

    進一步的研究發現,這些病人所發生的基因突變導致了神經干細胞從自我復制到分化成神經細胞的時間早于正常情況,這就造成細胞總數減少以及迷你大腦的尺寸變小.

    參與該項研究的MRC人類遺傳小組的Andrew Jackson博士是一位研究神經障礙的醫學遺傳學家,他說:"人腦是人類已知的最復雜的生物結構之一.這樣的復雜結構不能在小鼠等模型動物身上出現,因此迷你大腦培育系統為我們研究組織培養中大腦的早期發育情況提供了一個極好的新方法,從而幫助科學家了解更多有關小頭畸形等神經發育障礙方面的情況."

    MRC干細胞與發育生物學項目經理Paul Colville Nash說:"我們的奧地利同事在3D系統培養方面取得了重要的成就,為科學家對人腦早期發育時的復雜相互作用進行真實模擬提供了一個好的方法.在如此復雜的細胞培養中生成組織是在實驗室研究人類疾病邁出的一大步."

    Knoblich表示:"這是一項極富吸引力的研究項目,它說明使用干細胞建立模型系統潛力巨大,它可以為人類發展和抗擊疾病提供新的啟示.像這樣的模型系統或可在新療法進入臨床試驗前的早期試驗中發揮重要作用."