人类首创能生成神经细胞的“迷你大脑”,更精确模拟神经网络!

人类首创能生成神经细胞的“迷你大脑”,更精确模拟神经网络!

 新智元报道

来源:eurekalert.org

编译:大明

【新智元导读】研究人员用人类胚胎干细胞在实验室里成功培育出了3D版的“迷你大脑”,可以真实模拟大脑的发育和功能,以及神经细胞间的通信方式,对人类认识大脑,治疗脑疾病具有重大意义。

近日,凯斯西储大学医学院、纽约干细胞基金会(NYSCF)研究所和乔治华盛顿大学的研究人员联合提出了一种新方法,通过人类胚胎干细胞培育生成3D版的“迷你大脑”。

这些“迷你大脑”名为“大脑类器官”,可以为细胞提供与实际人类大脑相似的交互环境,研究人员可以在这些环境中更清晰地观察大脑的发育和功能,研究相关大脑疾病的疗法,并对有应用前景的新药物进行测试。

髓鞘是一种覆盖在神经纤维上的结构,可以帮助神经元发出信号。当髓鞘脱失时,细胞之间就不能有效地相互交流,导致身体麻木、反射丧失、运动不协调和疼痛等症状。有些疾病,如多发性硬化症和脊髓损伤,会导致髓鞘脱失,导致神经系统的信号传导出现故障。

首次创造出能生成神经细胞的3D版“迷你大脑”

新智元在这里把上面的说法“翻译一下“,打个简单的比方,如果现在有一根电线,那么神经就相当于电线中心的铜丝,可以传导电信号。而髓鞘就相当于电线外层的塑料保护膜,如果这层保护膜被破坏了,电线当然就很容易漏电了。

所以,如果神经的髓鞘脱失了(脱髓鞘),神经信号的传导当然就会出问题,而且一般都是大问题。比如多发性硬化症就是一种脱髓鞘疾病,而阿尔茨海默症、帕金森症等神经系统疾病也可能与此有关。

现在,科学家首次创造出了能够生成髓鞘的大脑类器官,能够让研究人员比以往更加密切地模拟大脑的结构和功能。该成果已在线发表在《自然·方法》上。

人类首创能生成神经细胞的“迷你大脑”,更精确模拟神经网络!

可以生成髓鞘的少突胶质细胞是脑细胞的一种,它的缺失会导致一系列致命的神经系统疾病。

在我们的大脑中,有一种名为“少突胶质细胞”的脑细胞,它可以生成髓鞘,这种脑细胞被认为与髓鞘缺失相关疾病之间存在密切的联系,但对它的重要作用的详情一直知之甚少。

由胚胎干细胞发育而来的“迷你大脑”,能够模拟与实际大脑相仿的细胞和神经间交互的过程,让研究人员更准确地观察到与脱髓鞘相关疾病的机理和发病过程,并探寻与这些疾病的新疗法,加速对相关疾病的药物研发。

人类首创能生成神经细胞的“迷你大脑”,更精确模拟神经网络!

左边包裹在神经元轴突上的节状组织就是髓鞘,右边是放大的髓鞘结构图。

填补了大脑类器官模型的关键性空白

研究人员用佩梅病(Pelizaeus-Merzbacher,这是一种罕见而致命的遗传病,会阻碍髓鞘的生成)患者的胚胎干细胞培育成“迷你大脑”,成功模拟了该病的发病特征。为了保证研究成果的可重复性,研究人员使用不同的干细胞分别独立地复现了这一方法。

该论文的通讯作者、凯斯西储大学医学院的Tesar博士表示:“这个新方法让我们更清楚地了解到,脑细胞在多发性硬化症或佩梅病等疾病中发挥了哪些作用,细胞彼此间是如何通信的,也为开发旨在恢复生成髓鞘的新疗法提供了良好的前景。我期待继续与NYSCF研究所合作,以更好地理解和治疗与脱髓鞘有关的疾病。”

该论文作者之一、NYSCF研究所的研究人员Fossati博士表示:“与Tesar博士的富有成效的合作令我们很欣慰,成功验证这一技术让我们感到兴奋,很高兴这一发现能被科学界接受。这项研究填补了大脑器官模型的关键性空白,相信这一新发现将能够推进多发性硬化症,以及各种复杂的神经系统疾病,如阿尔茨海默病和帕金森病的疗法和药物研发。”

相关链接:

https://eurekalert.org/pub_releases/2018-07/nysc-nma072418.php

https://www.nature.com/articles/s41592-018-0081-4

9

发表评论