美國科學家的一項新研究表明，移植到大鼠體內(nèi)的微型人腦結構可以發(fā)送信號，并對大鼠胡須感受到的環(huán)境線索作出反應。該研究證明從人類干細胞中生長的神經(jīng)元可以與活體嚙齒動物的神經(jīng)細胞結合，或可為人類大腦疾病的治療提供新方法。相關研究結果2022年10月12日發(fā)表于《自然》。

科學家希望使用腦器官(人類干細胞中生長出的微小類腦結構)研究人類的神經(jīng)退行性和神經(jīng)精神疾病。但類器官目前模仿人類大腦的程度有限。它們沒有血管，因此不能吸收營養(yǎng)，這意味著其不能長時間茁壯成長，而且得不到充分生長所需的刺激。

為了給類腦器官提供這種刺激和支持，斯坦福大學神經(jīng)科學家Sergiu Pasca團隊從人類干細胞中培養(yǎng)出這種結構，然后將它們注射到新生幼鼠的大腦中，期望人類細胞能和大鼠細胞一起生長。研究小組將這些類器官放置在一個名為體感大腦皮層的區(qū)域，該區(qū)域從大鼠的胡須和其他感覺器官接收信號，然后將它們傳遞到大腦的其他區(qū)域加以分析。

人類大腦細胞成熟比大鼠慢得多，所以研究人員等了6個多月，類器官才完全融入大鼠大腦。Pasca介紹，當他們在實驗結束后檢查這些大鼠大腦時，發(fā)現(xiàn)這種整合非常成功，幾乎就像在電路中增加了“另一個晶體管”。

哈佛大學分子生物學家Paola Arlotta對研究結果感到興奮。盡管她認為移植過程可能過于昂貴和復雜，無法成為標準的研究工具，但這是研究復雜大腦的重要一步。Arlotta表示，下一步將研究人類神經(jīng)元如何整合到大鼠大腦中，而不僅僅是發(fā)育完全的類器官。

研究人員在實驗中發(fā)現(xiàn)，類腦器官中的神經(jīng)元受到嵌入在大鼠大腦中的光纖電纜發(fā)出的光刺激時會放電。研究人員訓練大鼠在開燈的情況下舔水管取水。之后，當研究人員把光照射在大鼠大腦上時，它們會被誘導去舔壺嘴，這意味著人類細胞已經(jīng)融合得足夠好，可以幫助驅動動物行為。此外，當研究人員調(diào)整大鼠的胡須時，他們發(fā)現(xiàn)感覺皮層中的人類細胞會作出反應，表明這些細胞能夠接收到感覺信息。

為證明相關發(fā)現(xiàn)在大腦障礙方面的研究前景，研究人員還從3名蒂莫西綜合征患者的干細胞中創(chuàng)造出類腦器官(蒂莫西綜合征會導致與自閉癥類似的癥狀)。這些微小結構看起來和在培養(yǎng)皿中生長的其他類腦器官一樣，但當研究人員將其移植到大鼠體內(nèi)時，它們并沒有長得像其他器官那樣大，其神經(jīng)元也沒有以同樣的方式放電。

器官移植面臨諸多挑戰(zhàn)，包括道德方面的。人們擔心，器官移植可能會傷害動物，或創(chuàng)造出具有類似人類大腦的動物。

2021年，由美國國家科學院、工程院和醫(yī)學院組織的研究小組發(fā)布了一份報告，結論是，實驗研究的類腦器官仍然太原始，無法獲得意識，無法獲得類似人類的智能或其他可能需要法律監(jiān)管的能力。Pasca說，其團隊進行的器官移植并沒有引起大鼠癲癇或記憶缺陷等問題，似乎也沒有顯著改變動物行為。

但是作為美國國家科學院委員會成員的Arlotta認為，隨著科學的進步，可能會出現(xiàn)相關問題，“我們不能只討論一次就不管它了”。

她補充說，需要權衡對人類類器官的擔憂和神經(jīng)、精神疾病患者的需求。類腦器官和器官移植可以揭示這些疾病的潛在機制，并允許研究人員測試精神分裂癥和雙相情感障礙等疾病的治療方法。