大脑类器官开发出对光有反应的视杯

根据 8 月 17 日发表在Cell Stem Cell杂志上的一项研究，人类诱导多能干细胞 (iPSC) 可用于生成包含称为视杯的眼睛结构的大脑类器官。类器官从类脑区域的前部自发地发育出双侧对称的视杯，证明了 iPSC 在高度复杂的生物过程中的内在自构图能力。

“我们的工作突出了大脑类器官产生原始感觉结构的非凡能力，这些结构对光敏感，并拥有与体内发现的细胞类型相似的细胞类型，”杜塞尔多夫大学医院的高级研究作者 Jay Gopalakrishnan 说。“这些类器官可以帮助研究胚胎发育过程中的脑-眼相互作用，模拟先天性视网膜疾病，并生成用于个性化药物测试和移植治疗的患者特异性视网膜细胞类型。”

可以使用源自多能干细胞的 3D 大脑类器官来研究人类大脑发育和疾病的许多方面，这可以产生体内所有细胞类型。研究人员以前使用人类胚胎干细胞产生视杯，从而形成视网膜——眼睛后部的光敏组织层。另一项研究表明，iPSCs 可以产生视杯样结构，iPSCs 来自已通过基因重编程回胚胎样多能状态的成体细胞。

过去，从多能干细胞生产视杯的重点是生成纯视网膜。直到现在，视杯和其他 3D 视网膜结构还没有在功能上整合到大脑类器官中。

为了实现这一壮举，Gopalakrishnan 和他的团队修改了他们之前开发的将 iPSC 转化为神经组织的协议。人脑类器官形成视杯，最早在 30 天内出现，并在 50 天内成熟为可见结构。这个时间框架与人类胚胎视网膜发育的时间框架相似，可以使某些类型的发育神经生物学实验更有效。

在来自四位 iPSC 供体的 16 个独立批次中，研究人员生成了 314 个大脑类器官，其中 72% 形成了视杯，表明该方法是可重复的。这些结构包含不同的视网膜细胞类型，形成对光有反应的电活性神经元网络。视杯大脑类器官还包含晶状体和角膜组织，并表现出与大脑区域的视网膜连接。“在哺乳动物的大脑中，视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的大脑目标连接，这是以前从未在体外系统中显示过的方面，”Gopalakrishnan 说。

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