多能干細胞生成帶“視杯”的類腦器官

        科技日報 2021-08-19 14:45:05

        圖為一個帶有“視杯”的大腦類器官。圖片來源:埃爾克·加布里埃爾/Eurekalert

        根據(jù)17日發(fā)表在國際著名干細胞雜志《細胞·干細胞》上的一項研究,人類誘導的多能干細胞(IPSCs)可以用來形成含有“視杯”(可形成視網(wǎng)膜)結(jié)構(gòu)的類腦器官。該類器官自發(fā)地從類腦區(qū)域的前部發(fā)育出兩側(cè)對稱的“視杯”,證明了IPSCs在高度復雜的生物過程中的自我復制能力。

        研究人員表示,這一發(fā)現(xiàn)突出了大腦類器官產(chǎn)生原始感官結(jié)構(gòu)的非凡能力,這些結(jié)構(gòu)對光敏感,并且擁有與人體細胞相似的細胞類型。

        該類器官可以幫助研究胚胎發(fā)育過程中的大腦和眼睛的相互作用,模擬先天性視網(wǎng)膜疾病,并生成用于個性化藥物測試和移植治療的患者特異性視網(wǎng)膜細胞類型。

        人類大腦發(fā)育和疾病的許多方面都可以利用從多能干細胞衍生的3D腦器官來研究,這種細胞可以分化成體內(nèi)所有類型的細胞。

        此前,研究人員使用人類胚胎干細胞分化出“視杯”,“視杯”形成了視網(wǎng)膜。另一項研究表明,“視杯”狀結(jié)構(gòu)可以從IPSCs中產(chǎn)生,這些IPSCs來自成年細胞,這些細胞已經(jīng)被基因重新編程回到類似胚胎的多能性狀態(tài)。

        過去,由多能干細胞制造“視杯”的重點是生成純視網(wǎng)膜。在此項研究之前,“視杯”和其他3D視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)還無法在功能上整合到大腦器官中。

        為了實現(xiàn)這一目標,研究團隊修改了他們之前開發(fā)的將IPSCs轉(zhuǎn)化為神經(jīng)組織的方案。人腦類器官如若形成“視杯”,最早在30天內(nèi)出現(xiàn),并在50天內(nèi)成長為可見結(jié)構(gòu)。這一時間框架與人類胚胎中視網(wǎng)膜發(fā)育的時間框架相似。

        研究人員從IPSCs供體中生成了314個大腦類器官,其中72%的類器官形成了“視杯”。這些結(jié)構(gòu)包含不同類型的視網(wǎng)膜細胞,它們形成了對光有反應的電活性神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)。“視杯”大腦類器官還含有晶狀體和角膜組織,并顯示出視網(wǎng)膜與大腦區(qū)域的連接。

        研究人員表示:“在哺乳動物的大腦中,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的神經(jīng)纖維向外延伸,與它們的大腦目標相連,這在體外系統(tǒng)中從未出現(xiàn)過。”

        未來,研究人員計劃開發(fā)出“視杯”長期保持活力的策略,利用它們來研究導致視網(wǎng)膜疾病的機制。(實習記者張佳欣)

        關(guān)鍵詞: 多能 干細胞 生成 視杯

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