类器官研究新进展——人鼠大脑结合

■傅昭仪

从近代科学诞生以来，人类对于大脑的研究未曾断绝，且始终处于生命科学的前沿领域。然而，大脑样本的稀缺性和珍贵性限制了大脑体外研究的发展。近些年，科学家们利用胚胎干细胞、诱导多功能干细胞等人体干细胞成功在体外构建出大脑类器官。这类组织可以像正常的新生脑细胞那样形成类似脑皮质的结构，甚至具有完整的神经细胞电生理活性。有了它，研究人员就可以在体外模拟人脑的早期发育和疾病。

不过，这种类器官也存在局限。体外生长的类器官缺少在真实有机体中存在的各种连接，这会限制类器官的成熟，让它们无法与其他控制行为的神经环路整合，因而会影响类器官模拟具有遗传复杂性和行为特征的神经疾病和精神疾病的能力。

10 月12 日，来自美国斯坦福大学的神经科学家帕斯卡团队在国际顶级期刊《Nature》在线发表了关于大脑类器官的最新研究性文章，表明克服了上述障碍，取得了新的进展。

之前有研究试图将人脑类器官植入成年大鼠的大脑，但这些细胞在植入后无法完全成熟。所以在本次研究中，研究人员将来自于人的多能干细胞经诱导分化为大脑皮质类器官后，原位移植于出生3 天～7 天的新生无胸腺大鼠的体感皮层中，构建了人鼠混合大脑类器官——t-hCO。这些幼鼠的免疫系统是具有缺陷的，因此移植的类器官不会遭到免疫排斥，而移植的时间点也非常关键，必须在大鼠的大脑神经回路没有完全形成之前完成，这样能够给类器官提供发育的窗口。

研究员在移植2 个月～3 个月后对大鼠脑部进行MRI 成像，观察t-hCO 的生长状态。结果表明，移植后的t-hCO 在3 个月内体积增加了9 倍，移植12 个月后，移植动物存活率为74%。同时未检测到运动或记忆缺陷、神经胶质增生等中枢神经系统异常现象。这说明与体外培养相比，大鼠体内确实能够更好地支持人脑类器官发育成熟。

不仅如此，研究人员还通过实验证明，来自类器官的神经元成功在大鼠大脑中建立了工作机制，和大鼠自身的神经回路整合到了一起。当触碰老鼠的胡须时，其体感皮层中的人类细胞也会作出反应。

研究人员还特殊处理了一些人脑组织，使得单个神经元可以被特定频率的蓝光激活。被植入这些人脑组织的大鼠参与了一项新训练：它们脑中被植入了超薄光纤，当这些光纤发出蓝光时，它们就能在水龙头里喝到水。结果显示，这些大鼠学会了把蓝光和喝水联系起来。这表明植入的人脑细胞已经真正参与了大鼠大脑的工作，可以驱动大鼠的行为。

这次惊天动地的“人鼠大脑结合”为大脑神经退行性疾病研究和新药开发提供了新的希望。在希望之外，这项研究也带来了伦理担忧。目前的“人鼠融合脑”远不会让老鼠拥有人类般的意识，被试验大鼠也没有出现行为异常，但如果技术继续发展又会怎样呢？