治疗神经系统疾病的第一步

这是动物第一次能够利用另一种动物的感觉器官来准确地感知世界并做出反应，这也表明了大脑在整合外部脑细胞方面的灵活性。 “这项研究通过使用合成神经回路来恢复大脑功能，有助于展示大脑的潜在灵活性，”克里斯汀·鲍德温（Kristin Baldwin）教授说。 纽约哥伦比亚大学 （美国）和两篇文章之一的作者。

鲍德温的团队恢复了 小鼠嗅觉神经回路大脑中负责嗅觉的相互连接的神经元及其使用大鼠干细胞的功能。

理解和治疗人类大脑疾病的最大挑战之一是，用现有的研究方法不可能完全理解这些疾病。

“能够从一个物种在另一个物种中生成脑组织可以帮助我们了解不同物种的大脑发育和进化，”该大学副教授 Jun Wu 说。 德克萨斯大学达拉斯西南医学中心 以及另一篇文章的作者。

混合大脑将使研究人员能够更好地了解脑细胞如何生病或死亡，并更好地了解大脑各部分的修复和替换规则。

吴的团队开发了一个基于 基因编辑技术 它可以有效地识别驱动特定组织发育的特定基因。 他们通过沉默小鼠前脑发育所需的基因，然后使用大鼠干细胞恢复组织来测试该平台。

向。。解释 科学媒体中心 吕迪格·贝赫尔 莱布尼茨灵长类研究所 （德国）嵌合体“是由来自两种不同受精过程（胚胎）的细胞组成的生物体。必须区分种内嵌合体和种间嵌合体。在种内细胞中，嵌合细胞都属于同一物种。嵌合体是这些新研究中也产生了 种间 小鼠和大鼠之间。 在这种情况下，构成生物体的细胞来自两个不同的物种。 从发育和进化生物学的角度来看，种间嵌合体特别令人感兴趣。 然而，种间也可以为人类医学可移植器官的生产提供非常有价值的见解。 “鉴于数十年来用于患者移植的供体器官短缺，这是一个优先研究目标。”

嵌合体和杂交体

贝尔补充说，嵌合体必须与嵌合体明确区分开来。 杂种。 与嵌合体不同，“杂交体是由单个受精卵细胞发育而来。然而，在杂交体中，雄性精子和雌性卵子来自两个不同（但密切相关）的物种。例如，驴的精子可以成功地使马的卵子受精。” 由此产生的胚胎发育成骡子。 在杂交中，生物体本身的所有单个细胞已经是两个亲本物种的“混合物”。 “另一方面，在种间嵌合体中，每个单独的细胞都明确分配给一个物种。”

小鼠和大鼠是两个不同的物种，它们独立进化了大约 20 至 3000 万年。

在之前的实验中，科学家们能够 使用大鼠干细胞替代小鼠的胰腺 通过称为囊胚互补的过程。

为了使这一过程发挥作用，研究人员将大鼠干细胞注射到由于基因突变而缺乏发育胰腺能力的小鼠囊胚（早期胚胎）中。 然后，大鼠干细胞发育成缺失的胰腺并补充其功能。

但迄今为止，利用不同物种的干细胞通过囊胚互补生成脑组织的报道尚未见报道。

现在，吴的团队使用 CRISPR 测试了 7 个不同的基因，发现去除 赫斯x1 可以可靠地产生没有前脑的小鼠。 接下来，研究小组将大鼠干细胞注入小鼠囊胚中。 昏死 -Hesx1 的一个或多个基因失活或删除的动物，而大鼠细胞填补了这个生态位，形成了小鼠的前脑。

老鼠的大脑比老鼠大，但老鼠的前脑发育速度和大小与老鼠相同。 此外，大鼠神经元能够将信号传输到邻近的小鼠神经元，反之亦然。

现在，研究人员没有测试大鼠干细胞的前脑是否改变了小鼠的行为。 «缺乏区分大鼠和小鼠的行为测试 -吴承认-。 “但从我们的实验来看，这些前脑小鼠的行为似乎并没有异常。”

沉默基因

在另一项研究中，鲍德温的团队使用特定基因杀死或沉默用于嗅觉的小鼠嗅觉感觉神经元，并将大鼠干细胞注射到小鼠胚胎中。

沉默模型模仿了神经发育障碍中所见的情况， 某些神经元无法与大脑很好地沟通而破坏模型完全消除了神经元，模拟退行性疾病。

他们发现囊胚互补对小鼠嗅觉神经回路的恢复作用因模型而异。 因此，当小鼠神经元存在但沉默时，与神经元被移除的模型相比，大鼠神经元有助于形成组织更好的大脑区域。 然而，当研究小组通过训练这些大鼠-小鼠嵌合体寻找埋在笼子里的隐藏饼干来测试这些大鼠-小鼠嵌合体时，大鼠神经元在第二个模型中更擅长拯救行为。

«这个结果确实 惊人的 鲍德温说：“它使我们能够观察这两种疾病模型之间的差异，并尝试找出有助于恢复任何类型脑部疾病功能的机制。”

他的团队还使用来自具有正常嗅觉系统的小鼠的细胞测试了疾病模型小鼠的囊胚互补性。 他们表明，种内互补挽救了两个模型中饼干的发现。

用于治疗帕金森病和癫痫的干细胞衍生神经元目前正在临床试验中移植到人体中。 鲍德温强调，“这项研究提供了一个系统，我们可以在比临床试验更大的规模上评估同一物种大脑互补的可能性。”

现在，囊胚互补还远没有在人类中得到临床应用，但两项研究都表明，来自不同物种的干细胞可以使其发育与宿主的大脑同步。

科学家们还一直在利用囊胚互补技术在其他物种（例如猪）中试验培育人体器官。 去年，科学家利用猪身上的人类干细胞培育出肾脏，为许多等待移植的人提供了潜在的解决方案。

« 我们的愿望是用一定比例的人类细胞丰富猪器官，以改善器官接受者的结果。 但目前，在临床试验中进行测试之前，我们仍然需要克服许多技术和伦理挑战，”吴说。

如果可以限制插入混合大脑的细胞的发育，那么它也可能为创建灵长类神经元的混合大脑打开大门。 “这将帮助我们更加了解人类疾病，”鲍德温说。

Behr 并不太清楚，他认为嵌合体研究有助于产生知识，使细胞和组织替代疗法更快地为患者提供，但“这里提出的方法并不是一种可以直接转移到人类作为治疗方法的方法” “这里介绍的工作对于更好地了解大脑的胚胎发育、它们的进化适应以及它们的功能非常有价值。”

生物伦理困境

并且不要忘记外观 生物伦理学 «最迟，当人类胚胎被用作嵌合体研究的受体时，这是必要的。 就我个人而言，我会严格拒绝在种间嵌合体研究中使用人类胚胎，即使这在德国是允许的。 但即使将人类干细胞移植到动物胚胎中（从生物医学的角度来看这可能有意义），也应该进行生物医学-生物伦理学讨论。

斯特凡·施拉特，导演 明斯特大学医院生殖医学和男科中心 （德国）。 “虽然囊胚互补为基础研究开辟了一个非常有趣的领域，但用于临床应用的器官替代品的产生并不现实。 关于物种和器官特异性影响的知识似乎仍然太少，无法评估风险。 “与克隆一样，应该有国际公认的暂停。”

贝尔指出，总而言之， 现代嵌合体研究仍处于起步阶段。 “现已发表的两项研究尚未为新的治疗方法提供转化方法。 “然而，它们对建立新的长期疗法的科学知识做出了重大贡献。”