本文经AI新媒体量子位（公众号ID：QbitAI）授权转载，转载请联系出处。来自人类的大脑类器官现已在科学家手中成功地与小鼠大脑结合。并触摸鼠标的胡须，这些脑细胞可以正常反应的那种。斯坦福大学的这项研究结果发表在最新一期的《自然》杂志上。这个“人鼠混合大脑”结合的有多深？用通讯作者和斯坦福大学神经科学家SergiuPasca自己的话来说：这就像在电路中添加了一个新的晶体管。这到底是怎么回事？将人脑组织整合到大鼠脑中要弄清楚这件事，我们还得从类器官说起。类器官是从人类干细胞（例如胚胎干细胞和诱导性多能干细胞）培养的细胞集合。近年来，类器官一直是神经科学领域的一大学术热点，因为这些三维微器官包含了其代表器官的一些关键特性，可用于体外模拟人体发育和疾病。也就是说，借助类器官，科学家们可以直接在培养皿中观察肾脏、肠道，甚至大脑的各种结构，探索潜在的神经机制。方便归方便，但类器官也有很多局限性。例如，虽然类器官可以模仿人脑，但它们难以像真正的大脑那样建立神经连接，也难以与控制行为的其他神经回路整合。斯坦福大学的研究人员旨在克服这一限制。他们的实验计划是：首先，利用人类干细胞培育出类似于大脑皮层的类脑结构。然后，它被移植到刚出生2-3天的无胸腺大鼠大脑的体感皮层中。老鼠的这个大脑区域接收来自胡须和其他感觉器官的信号，并将它们传递到其他大脑区域。参与实验的新生大鼠数量约为100只，并将它们植入同一部位的大脑类器官，以便科学家更好地监测它们的发育情况。起初，人类的脑组织只有大约5毫米长，但6个月后，它占据了大鼠大脑半球的三分之一。人脑组织之所以能够生长，是因为老鼠的内皮细胞迅速进入其中，形成了血管。血管为身体细胞提供营养和信号物质，并带走代谢废物。研究人员还观察到，大鼠大脑中的常驻免疫细胞也存在于移植的人脑组织中。不仅如此，实验结果表明，来自类器官的神经元成功地在大鼠大脑中建立了工作机制，并与大鼠自身的神经回路整合。也就是说，这些人类的脑组织，已经和鼠脑混合在一起，成为了鼠脑的一部分！到这个时候，研究人员发现体感皮层中的人类细胞会对触摸老鼠的胡须做出反应。此外，研究人员还对一些人脑组织进行了特殊处理，使单个神经元能够被特定频率的蓝光激活。植入这些人体脑组织的老鼠参加了一项新的训练：在它们的大脑中植入了超细光纤，当这些光纤发出蓝光时，它们就可以从水龙头里喝水了。结果表明，老鼠学会了将蓝光与饮用水联系起来。这表明植入的人类脑细胞实际上参与了大鼠大脑的运作。值得注意的是，研究人员提到，与体外培养的脑类器官相比，移植到大鼠大脑中的脑类器官在形状和功能上更为复杂。重点是什么？科学家们表示，他们希望通过这样的实验进一步探索人类的神经退行性疾病和精神疾病，进而开发出一些有效的新药。我们经常听到的癫痫、阿尔茨海默氏症、帕金森综合症、肌萎缩侧索硬化症，都是神经退行性疾病。该研究历时七年，以深入了解神经系统相关疾病患者的脑组织活动。在一项实验中，研究人员将蒂莫西综合症(TS)患者的干细胞培育出的大脑类器官植入小鼠大脑的一侧，另一侧植入健康人的大脑类器官。大脑进行比较。（Timothy综合症是一种罕见的遗传病，患者容易出现心律失常。）将它们植入小鼠体内五到六个月后，他们观察到患病细胞更小，并且从事与健康脑细胞相同的电活动。细胞非常不同。此外，TS神经元末端的树突形态发生了显着变化。进一步的分析揭示了在相似分化阶段的大鼠脑中TSt-hCO的异常树突分支模式，而体外培养的TSt-hCO的树突分支则没有。研究人员指出，老鼠大脑中的分支模式是异常的，这与他们之前对该疾病的发现一致。因此，通过将类人大脑植入大鼠体内来揭示疾病表型非常有效。总的来说，这项研究引起了生物界和医学界许多人的关注。英国剑桥医学研究委员会成员MadelineA.Lancaster评论说：这项研究总体上是相当进步的，为理解脑细胞功能障碍疾病提供了一种新的途径。值得注意的是，这项研究也引发了新的伦理问题。外界担心这些“人类+其他生物的混血儿”会严重损害动物福利，甚至制造“鼠人”。但实际上，似乎并没有出现什么大问题，老鼠并没有因为植入类人大脑而变得更聪明。美国国家科学院、工程院和医学院去年发布的一份报告称，“源自人类的大脑类器官仍然太原始，无法发展意识或人类智力。”这篇文章的通讯作者Pascal教授表示，从他们的实验过程和结果来看，大鼠对人脑类器官的耐受性非常好，移植也没有引起癫痫等问题。但是，仍有很多质疑的声音在学术界，美国国家科学院院士阿洛塔持不同观点，她认为随着科学的发展，可能会出现新的问题，她表示，“人体器官与其他生物体结合”这一课题应该继续关注，绝不能只讨论一次就忘了。尤其是猴子、猩猩等灵长类动物，它们与人类的相似度更高，所以人脑类器官很可能在它们身上发育得更成熟，影响更大对动物行为的研究。因此，Pascal教授表示，他们以后不会进行这样的研究，也不鼓励其他人做这样的研究。此外，一些研究人员指出排除本研究的局限性：虽然将“迷你人脑”植入大鼠体内的结果优于以往其他动物实验，但由于时空和跨物种的限制，即使移植处于发育早期不能形成高度还原的人体神经回路。加州大学洛杉矶分校生物医学和干细胞研究中心的成员贝内特诺维奇也评论道：用老鼠植入人脑组织来测试药物对于小型研究来说是可行的，但由于速度和规模的需要，对于制药公司来说仍然不可行。开展这项研究的研究团队来自斯坦福大学精神病学与行为科学系和比较医学系。合作：OmerRevah、FelicityGore和KevinW.Kelly。OmerRevah，希伯来大学生理学和计算神经科学博士，博士毕业后前往斯坦福大学攻读精神病学。希伯来大学兽医学院博士后研究员。FelicityGore，现在斯坦福大学生物工程系做研究。KevinW.Kelly，目前在斯坦福大学精神病学和行为科学系从事神经科学和基因组学研究工作。通讯作者帕斯卡（SergiuPasca）现任斯坦福大学精神病学与行为科学系教授。论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w参考链接：[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x[2]https://www.washingtonpost.com/science/2022/10/12/brain-tissue-rats-stanford/
