第一个有组织的干细胞培养模型，类似于胚胎大脑和脊髓的所有三个部分，并产生人类中枢神经系统早期阶段的完整模型，由英国大学的工程师和生物学家团队开发。密歇根大学 (UM)、魏茨曼科学研究所和宾夕法尼亚大学 (UPenn)。
密歇根大学机械工程学教授付建平博士说：“这样的模型将为基础研究打开大门，以了解人类中枢神经系统的早期发育以及它在不同疾病中如何出错。”
该作品发表于 自然 在论文中，“使用微流体梯度的图案化人类神经管模型。”
“我们不仅试图了解人类大脑发育的基本生物学，还试图了解疾病——为什么我们会患上与大脑相关的疾病、它们的病理学，以及我们如何提出有效的策略来治疗这些疾病，”郭利明说，他与宾夕法尼亚大学神经科学佩雷尔曼教授宋红军博士一起开发了细胞生长和引导的方案，并表征了该模型的结构和细胞特征。
人脑和脊髓类器官目前用于研究神经系统和神经精神疾病，但它们通常模仿中枢神经系统的一部分，而且是杂乱无章的。 更具体地说，它们“未能在三维 (3D) 管状几何结构中沿头尾轴 (R–C) 和背腹轴 (D–V) 重现神经模式，这是 NT 发育的标志。”
相比之下，这个新模型同时概括了胚胎大脑和脊髓所有三个部分的发育——这是以前的模型中尚未实现的。
虽然该模型忠实于大脑和脊髓早期发育的许多方面，但研究小组注意到了几个重要的差异。 首先，神经管的形成——中枢神经系统发育的第一阶段——是非常不同的。 该模型不能用于模拟因神经管闭合不当而引起的疾病，例如脊柱裂。
相反，该模型从一排干细胞开始，其大小与 4 周大胚胎中的神经管大致相同——长约 4 毫米，宽 0.2 毫米。 研究小组将这些细胞粘在一个带有微小通道的芯片上，他们用这些通道引入材料，使干细胞能够生长并引导它们构建中枢神经系统。
然后，研究小组添加了一种凝胶，使细胞能够在三维空间中生长，并添加化学信号，促使它们成为神经细胞的前体。 作为响应，细胞形成管状结构。 接下来，他们引入了化学信号，帮助细胞识别它们在结构中的位置，并发展为更专门的细胞类型。 结果，该系统自我组织起来，以反映胚胎发育的方式模仿前脑、中脑、后脑和脊髓。
这些细胞生长了 40 天，模拟受精后约 11 周的中枢神经系统发育。 这次，特定基因在脊髓发育中的作用得到了证明，并揭示了早期人类神经系统中的某些细胞类型如何分化成具有特殊功能的不同细胞。
该团队计划利用该模型利用患者来源的干细胞来研究不同的人类大脑疾病。
密歇根大学机械工程博士后薛旭峰希望继续使用这个模型来研究发育过程中大脑不同部分之间的相互作用。 他还对研究大脑如何通过脊髓发送运动指令感兴趣。 这条研究路线可以为瘫痪等疾病提供新的线索，需要神经元连接到工作回路中——这是本研究中没有观察到的。
波士顿科学博物馆的生物伦理学家 Insoo Hyun 并未参与这项研究，他指出，此类实验在获准继续进行之前会经过严格审查。 “研究小组必须清楚他们试图回答的科学问题，并且他们在模型中允许的发展程度是回答问题的最低程度，”他说。
该模型不包括周围神经或功能性神经回路，这些特征对于人类体验环境和处理这种体验的能力至关重要。
该系统有潜力增进我们对大脑发育和发育性脑疾病的了解。 它还可用于测试潜在的治疗方法。 由于它适用于源自成人的干细胞，因此可能有助于探索针对个体患者的治疗方案。
2024-02-26 21:14:47
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#首先类器官模型类似于胚胎大脑和脊髓的所有三个部分
