研究人员采用新方法研究人类大脑的发育

苏黎世联邦理工学院的研究人员正在从干细胞中培养出类脑组织，然后绘制不同大脑区域中出现的细胞类型以及调节其发育的基因。

人脑可能是整个生命世界中最复杂的器官，长期以来一直是研究人员着迷的对象。然而，研究大脑，尤其是调节和指导其发育的基因和分子开关，并非易事。

迄今为止，科学家们已经开始使用动物模型，主要是老鼠，但他们的发现不能直接转移到人类身上。老鼠的大脑结构不同，缺乏人类大脑典型的皱纹表面。迄今为止，细胞培养在该领域的价值有限，因为细胞在培养皿上生长时往往会散布在大面积上。这不符合大脑的自然三维结构。

绘制分子指纹

由巴塞尔生物系统科学与工程系的 ETH 教授 Barbara Treutlein 领导的一组研究人员现在采用了一种新方法来研究人类大脑的发育：他们正在生长和使用类器官——毫米大小的三维可以从所谓的多能干细胞中生长出来的组织。

只要这些干细胞接受正确的刺激，研究人员就可以对它们进行编程，使其成为体内存在的任何类型的细胞，包括神经元。当干细胞聚集成一个小球组织，然后受到适当的刺激，它们甚至可以自我组织，形成具有复杂组织结构的三维脑类器官。

在刚刚发表在《自然》杂志上的一项新研究中，Treutlein 和她的同事现在已经在不同时间点非常详细地研究了大脑类器官内的数千个单个细胞。他们的目标是用分子遗传学术语来表征细胞：换句话说，将所有基因转录物(转​​录组)的总和作为基因表达的衡量标准，同时将基因组的可及性作为调控活动的衡量标准。他们设法将这些数据表示为一种地图，显示类器官内每个细胞的分子指纹。

然而，这个过程会产生巨大的数据集：类器官中的每个细胞都有 20,000 个基因，而每个类器官又由数千个细胞组成。“这导致了一个巨大的矩阵，我们解决它的唯一方法是借助合适的程序和机器学习，” Treutlein 小组的博士生、该研究的共同主要作者之一 Jonas Fleck 解释说。为了分析所有这些数据并预测基因调控机制，研究人员开发了自己的程序。

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