干細胞新成果，“迷你大腦”將促進大腦修復研究

休斯敦衛(wèi)理公會研究所（HoustonMethodist Research Institute）正在通過人類多功能干細胞制造“迷你大腦”，這可以使得研究人員能夠修復由于疾病或外傷而損傷的大腦或脊髓神經(jīng)元。

來自休斯敦衛(wèi)理公會的神經(jīng)科學家 Robert Krencik 和他的團隊開發(fā)了一個新的系統(tǒng)，來降低制造這些大腦模型所需要的時間。這些模型可以用于研究疾病背后的機理或者藥物的篩選和研究。他們的研究結果最近發(fā)表在雜志《Stem Cell Reports》上。

“我們往往會覺得，我們在實驗室所做的不能夠精確模擬細胞在人類大腦中的行為，”Krencik 表示，“因此，**次，當我們系統(tǒng)地將這些細胞聚集在一起的時候，它們的形態(tài)復雜性、大小和形狀都發(fā)生了戲劇性的改變。它們看起來與在人類大腦中的細胞非常相似，因此現(xiàn)在我們可以在實驗室中以更接近自然環(huán)境的條件來進行這些細胞的研究。”

為什么這很重要呢？Krencik 談到，在傳統(tǒng)的實驗室培養(yǎng)基中生長的細胞都是放置在平的培養(yǎng)皿中，分離和其他操作，都會干擾它們的相互作用。因而，這樣的結果并不能夠再現(xiàn)這些細胞在大腦中的形態(tài)、結構和分化生長，在實驗室中，他們只是看起來非常單純的，未成熟的細胞。有所不同的是，在人類的大腦中，這些細胞卻有著非常復雜的形態(tài)，他們會以復雜的方式與彼此之間和周圍的環(huán)境相互作用。因為，在大腦內，這些細胞會在三維空間內彼此復雜地相互作用，而不是像在平坦的培養(yǎng)皿中一樣。

因而，Krencik 團隊所開發(fā)的新技術則專注于再現(xiàn)大腦內的環(huán)境，他們建立了一種 3D 的培養(yǎng)系統(tǒng)，然而，這些研究所消耗的時間對于加速開發(fā)來說是遠遠不夠的。

“通常，建立這些 3D 的迷你大腦，開發(fā)周期需要數(shù)月甚至數(shù)年，”Krencik 表示，“我們的新技術可以使得細胞們分別提前分化然后再將它們合并到一起。我們發(fā)現(xiàn)，只在數(shù)周之內，它們就可以彼此之間形成成熟的相互作用。因此，通過我們的系統(tǒng)，達到研究終點所需要的時間戲劇性地減低了。”

Krencik 的實驗室專注于星形膠質細胞的研究，因為這種細胞是大腦神經(jīng)元之間連接和交互的關鍵因素。它們能夠提升大腦和脊髓神經(jīng)元之間連接的數(shù)量和強度。它們在很多神經(jīng)疾病中有所參與，對維持神經(jīng)系統(tǒng)的健康非常重要。在 Krencik 團隊通過生物工程所建立的模型中，加入了星形膠質細胞加速了周圍神經(jīng)元之間的連接。

Krencik 的團隊是**對這些星形膠質細胞特異性工程化為 3D 迷你大腦。通過這種操作，是的星形膠質細胞和周圍神經(jīng)元的成熟速度都大大提升。在論文中**介紹它們時，他將這些工程化的迷你大腦稱為“小行星”，將它們與其他 3D 立體培養(yǎng)的類型進行區(qū)分，比如我們所熟知的類器官。Krencik 的“小行星”包含了特定的星形膠質細胞群，而類器官只有不能定性和定量的細胞。

“使用我們的體系，我們可以產(chǎn)生成熟的星形膠質細胞，并能夠使它們與神經(jīng)元發(fā)生前所未有的復雜相互作用，”Krencik 說。“與在身體或大腦中的其他細胞不同，星形膠質細胞對于人類有著****的性質。我們認為這種細胞在部分程度上對于人類獨有的認知功能起到了重要的作用，并且也可能是人類某些疾病的基礎，比如阿爾茨海默氏癥和自閉癥譜系障礙。”

最后，Krencik 利用這些“小行星”來組成功能化的神經(jīng)電路。這樣，研究人員可以通過實驗操作來開發(fā)療法，并且解釋導致疾病的原因。Krencik 說，他們可以從任何疾病或病人身上，制造誘導多能干細胞，通常被稱為“iPS cells”，然后形成這些迷你大腦，研究疾病的過程，以及在藥物治療的過程中用于篩選治療藥物。在大約五年內，他的目標是利用這個系統(tǒng)開發(fā)臨床試驗，來使一個人的受損的神經(jīng)系統(tǒng)得到改善或再生。