在當(dāng)?shù)貢r(shí)間周三發(fā)表的研究中，美國(guó)斯坦福大學(xué)科學(xué)家報(bào)告稱(chēng)，他們成功將人腦細(xì)胞移植到新生老鼠的大腦中，并且這些細(xì)胞可感受到老鼠的感覺(jué)。

研究人員表示，被稱(chēng)為“類(lèi)腦器官”的人類(lèi)細(xì)胞團(tuán)塊可以長(zhǎng)成數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的新神經(jīng)元，并與新宿主的神經(jīng)系統(tǒng)相連。將這些器官植入到老鼠腦中后，這些動(dòng)物可以利用胡須接收感官信號(hào)，并幫助產(chǎn)生指令信號(hào)來(lái)引導(dǎo)它們的行為。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的神經(jīng)學(xué)家塞爾吉奧·帕斯卡博士(Sergiu Pasca)說(shuō)，他和同事們現(xiàn)在正在利用移植的人類(lèi)神經(jīng)元來(lái)了解自閉癥、精神分裂癥和其他發(fā)育障礙的生物學(xué)基礎(chǔ)。他補(bǔ)充稱(chēng)：“要想解決這些疾病的生物學(xué)問(wèn)題，我們需要更復(fù)雜的人腦模型。”

2009年，在羅馬尼亞接受醫(yī)學(xué)培訓(xùn)后，帕斯卡博士加入斯坦福大學(xué)擔(dān)任博士后研究員，學(xué)習(xí)如何在培養(yǎng)皿中創(chuàng)造人類(lèi)神經(jīng)元。他和同事從志愿者身上提取皮膚細(xì)胞，并將它們放在特殊的化學(xué)物質(zhì)中，以促使它們改變性狀特征。這些皮膚細(xì)胞會(huì)變得更像胚胎細(xì)胞，可以發(fā)育為體內(nèi)的任何組織。

隨著更多化學(xué)物質(zhì)的加入，研究人員誘使細(xì)胞發(fā)育成神經(jīng)元。然后，他們觀察到，當(dāng)神經(jīng)元被置于培養(yǎng)皿中時(shí)，電壓脈沖會(huì)沿神經(jīng)元長(zhǎng)度發(fā)射。帕斯卡博士等人再次進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，這次使用的是蒂莫西綜合征患者的皮膚細(xì)胞。這是一種罕見(jiàn)的自閉癥，由單一突變引起。這種突變不僅會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的心臟問(wèn)題，還會(huì)損及語(yǔ)言和社交技能。

在培養(yǎng)皿中培養(yǎng)蒂莫西綜合癥神經(jīng)元，帕斯卡博士可以看到它們與典型神經(jīng)元之間的許多差異。例如，它們產(chǎn)生了額外數(shù)量的信號(hào)化學(xué)物質(zhì)，如多巴胺。但對(duì)單個(gè)細(xì)胞的檢查只能揭示關(guān)于這種疾病有限的線索。帕斯卡博士懷疑，通過(guò)研究連接在一起的數(shù)千個(gè)神經(jīng)元(即類(lèi)腦器官)，他可以了解更多東西。

一種新的化學(xué)配方使帕斯卡博士能夠模擬發(fā)育中大腦的內(nèi)部情況。被置于這種培養(yǎng)液中，皮膚細(xì)胞會(huì)發(fā)育成祖細(xì)胞，最后發(fā)育成大腦外層被稱(chēng)為皮層的神經(jīng)元纏結(jié)。在后來(lái)的研究中，帕斯卡博士及其同事連接了三個(gè)類(lèi)腦器官，它們分別由皮質(zhì)、脊髓以及肌肉細(xì)胞構(gòu)成。研究顯示，刺激皮質(zhì)器官可使肌肉細(xì)胞收縮。

但類(lèi)腦器官絕非微型大腦。首先，它們的神經(jīng)元仍然發(fā)育遲緩。其次，它們不像活體大腦中的神經(jīng)元那樣活躍。帕斯卡博士說(shuō)：“很明顯，這些模型仍有很多局限性。”

有鑒于此，科學(xué)家們開(kāi)始將類(lèi)腦器官植入活體大腦中，他們?cè)诶碚撋险J(rèn)為培養(yǎng)皿限制了類(lèi)腦器官的發(fā)育。2018年，神經(jīng)學(xué)家弗雷德·蓋奇(Fred Gage)及其在索爾克生物研究所的同事將類(lèi)腦器官移植到成年老鼠的大腦中。隨著老鼠大腦為人類(lèi)神經(jīng)元提供養(yǎng)分，這些神經(jīng)元繼續(xù)發(fā)育。

從那時(shí)起，蓋奇博士和其他研究人員將類(lèi)腦器官植入老鼠的大腦后部，該區(qū)域用來(lái)感知眼睛發(fā)出的信號(hào)。6月份發(fā)表在網(wǎng)上的一項(xiàng)尚未經(jīng)過(guò)同行評(píng)審的研究顯示，當(dāng)老鼠看到脈沖白光閃爍時(shí)，人體類(lèi)腦器官神經(jīng)元的反應(yīng)方式與老鼠自己的細(xì)胞大致相同。

帕斯卡博士及其團(tuán)隊(duì)也在進(jìn)行類(lèi)器官移植研究，但他們選擇將其移植到幼年老鼠身上。在小老鼠出生一兩天后，科學(xué)家將類(lèi)腦器官注射到老鼠大腦中名為體感皮質(zhì)的區(qū)域，該區(qū)域負(fù)責(zé)處理來(lái)自全身的觸摸、疼痛和其他信號(hào)。在老鼠身上，該區(qū)域?qū)毎l(fā)出的信號(hào)特別敏感。

人類(lèi)神經(jīng)元在老鼠大腦中繼續(xù)發(fā)育，直到它們的數(shù)量達(dá)到300萬(wàn)個(gè)，約占老鼠大腦一側(cè)皮質(zhì)的三分之一。結(jié)果顯示，類(lèi)腦器官中每個(gè)細(xì)胞生長(zhǎng)的時(shí)間是培養(yǎng)皿中的6倍，這些細(xì)胞也變得和人腦中的神經(jīng)元一樣活躍。

更值得關(guān)注的是，這些類(lèi)器官自發(fā)地連接到老鼠大腦中。它們不僅與附近的神經(jīng)元相連，而且還與遠(yuǎn)處的神經(jīng)元相連。這些連接使得人類(lèi)神經(jīng)元對(duì)老鼠的感官非常敏感。當(dāng)研究人員向老鼠的胡須吹氣時(shí)，其體內(nèi)的人類(lèi)神經(jīng)元會(huì)發(fā)出激烈反應(yīng)。

帕斯卡博士等人還利用室內(nèi)的飲水機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以了解類(lèi)腦器官如何影響大鼠的行為。經(jīng)過(guò)15天的訓(xùn)練，這些老鼠學(xué)會(huì)了新的技能：當(dāng)體內(nèi)類(lèi)腦器官受到刺激時(shí)，它們可以從噴泉里喝到水。這些人體類(lèi)腦器官顯然是在向老鼠大腦中尋找獎(jiǎng)賞的區(qū)域發(fā)送信息。

當(dāng)然，這些物種混合實(shí)驗(yàn)也帶來(lái)了許多倫理問(wèn)題。在這項(xiàng)研究開(kāi)始之前，帕斯卡博士咨詢了斯坦福大學(xué)法律與生物科學(xué)中心的專(zhuān)家，他們希望他特別關(guān)注動(dòng)物的痛苦和福祉。斯坦福大學(xué)法學(xué)教授亨利·格里利(Henry Greely)說(shuō)：“你擔(dān)心的不僅僅是籠子里有多少只老鼠，或者它們吃得有多好。這是全新的東西，你自己甚至都不知道可能會(huì)看到什么結(jié)果。”

帕斯卡博士的團(tuán)隊(duì)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明，這些老鼠經(jīng)歷了疼痛，更容易癲癇發(fā)作，失去了記憶，或者失去了對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。他說(shuō)：“事實(shí)證明，這些老鼠對(duì)人體類(lèi)腦器官的耐受性非常好。”

盡管沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究，但南加州大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)家喬治·夸德拉托(Giorgia Quadrato)指出，人體類(lèi)腦器官的植入并沒(méi)有讓老鼠變得更像人類(lèi)。例如，在學(xué)習(xí)測(cè)試中，它們的得分并不比其他老鼠高?？涞吕醒a(bǔ)充說(shuō)：“它們是老鼠，器官植入后依然是老鼠。從倫理的角度來(lái)看，這應(yīng)該讓人感到放心。”

但是，如果科學(xué)家將人體類(lèi)腦器官植入其他近親物種體內(nèi)，比如猴子或黑猩猩，這可能會(huì)引發(fā)嚴(yán)重后果?？涞吕胁┦糠Q(chēng)：“這將是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)來(lái)幫助制定指導(dǎo)方針，以便未來(lái)在正確的倫理框架內(nèi)運(yùn)行。”

帕斯卡博士表示，靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)之間的相似性可能會(huì)讓類(lèi)腦器官發(fā)育得更成熟，并對(duì)動(dòng)物的行為產(chǎn)生更大影響。但他說(shuō)：“我們不會(huì)進(jìn)行這樣的研究，也不鼓勵(lì)其他人這樣做。”

相反，他正在使用植入老鼠體內(nèi)的類(lèi)腦器官來(lái)研究神經(jīng)疾病。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，帕斯卡博士的團(tuán)隊(duì)將來(lái)自蒂莫西綜合征患者的類(lèi)腦器官植入了大鼠大腦的一側(cè)，并將另一種沒(méi)有突變的類(lèi)腦器官植入了另一側(cè)。

這兩種類(lèi)器官都在老鼠體內(nèi)繼續(xù)生長(zhǎng)。但是，來(lái)自蒂莫西綜合征患者類(lèi)器官上的神經(jīng)元發(fā)育出了兩倍的分支(即樹(shù)突)用于接收傳入信號(hào)。更重要的是，這些樹(shù)枝狀物較短。

帕斯卡博士希望，當(dāng)老鼠被植入自閉癥和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的類(lèi)腦器官時(shí)，他能夠觀察到它們行為方式的差異。這樣的實(shí)驗(yàn)可能有助于揭示某些突變改變大腦的工作方式。

賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)外科醫(yī)生、類(lèi)器官移植研究員艾薩克·陳博士(Isaac Chen)沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但他在這項(xiàng)新研究中看到了另一種可能性：幫助修復(fù)人類(lèi)大腦的損傷。

陳博士設(shè)想，利用皮質(zhì)受損患者的皮膚細(xì)胞培育類(lèi)腦器官，然后將其注射到患者的大腦中，類(lèi)腦器官最終可能會(huì)繼續(xù)生長(zhǎng)并與健康的神經(jīng)元連接。他說(shuō)：“這樣的想法肯定已經(jīng)存在。問(wèn)題在于，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)它?”(小小)

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