斯坦福大学研究人员在小鼠中成功培养人脑组织以研究神经疾病

研究人员成功创造出外部大脑几乎全部为人类组织的活小鼠。斯坦福大学的科学家清除了这些小鼠的本土神经通路，以创造一个空间真空，让实验室培养的人类脑组织填补这一空缺。这些人类细胞占据了小鼠大脑总空间的大约一半，并成功连接到宿主的血液供应、局部神经元及脊髓。这种所谓的“异种皮层”动物为研究从癫痫、自闭症到脑瘫等人类神经病症提供了前所未有的视角。研究人员在研究论文中写道：“我们预见异种皮层将对获取电路和行为层面的数据非常有用，利用人类神经元来研究神经发育、建模疾病及开发疗法。”

通过异种皮层小鼠大脑的横截面磁共振影像扫描显示了估计的神经纤维通路和方向图。由于人类大脑组织本质上无法获取，研究神经发育和功能变得相当困难。现在，来自人类干细胞的神经模型正在帮助研究人员克服这一障碍。这种技术还提供了宿主行为和细胞发育的见解。最终，这些混合模型提供了一种前景广阔的方法，以实时检查人类大脑的健康和疾病。

技术突破与小鼠基因改造

典型的鼠类大脑因过于拥挤而无法大规模生长人类组织，空间竞争始终占上风，人类细胞被挤出。为了解决这一问题，由Sergiu Pasca博士领导的团队对小鼠进行了基因改造，阻止其自身大脑皮层和海马体的发育。这些动物出生时拥有巨大的结构空白，随后进行了移植。科学家将人类皮肤细胞转化为干细胞，培养成迷你大脑类器官，并将其注射到小鼠幼崽中。这些微小的人类细胞群存活下来并迅速扩展，经过三个月，移植的人类组织已扩展五倍，直接连接到小鼠的血管，并将神经纤维延伸至动物的脊髓。

实验室培养的人类大脑组织在移植后迅速扩展，占据了小鼠大脑皮层的大部分空间。随着其生长，发展出各种专门的人类大脑细胞。这些新细胞随后直接连接到小鼠现有的神经系统。脑部扫描和电气测量显示，移植的人类细胞以有序的模式放电，表现出类似发育中大脑电路的行为。小鼠依然能正常行走和活动，然而，研究人员注意到它们在协调四肢及执行日常自发习惯时出现轻微的变化。团队指出：“对无皮层和异种皮层小鼠的行为分析显示，运动能力大致保持，但在四肢协调及自发行为的组织上存在选择性差异。”

医学意义与伦理考量

这些医学意义是立竿见影的。在概念验证测试中，研究人员将异种皮层小鼠暴露于低氧环境五小时。人类神经元遭受了严重且选择性的损伤，模拟了人类婴儿在艰难分娩中导致脑瘫的细胞崩溃。出乎意料的是，该平台还产生了稀有的冯·埃科诺莫细胞，这是一种受额颞叶痴呆严重影响 的特殊细胞，之前无法有效地在实验室中培养。随着研究的进展，生物伦理学家和哲学家积极监督这些动物的福利和认知状态。

然而，对于数百万患有无法治疗的神经病症的患者来说，这些嵌合小鼠代表了一个重要的进展，将人类大脑的黑箱带入光明。该研究结果于九月十六日发表在《自然》期刊上。

嵌合小鼠对神经疾病研究的影响

这项研究的成功展示了人类大脑组织在小鼠中生长的潜力，为神经疾病的研究开辟了新的途径。通过基因改造，小鼠能够容纳人类细胞，并且这些细胞能够有效地与宿主的神经系统互动，这对于理解人类神经发育和疾病机制至关重要。此外，这项技术的进步也引发了对动物福利和伦理问题的关注，因为这些嵌合小鼠的行为和认知状态需要持续监督。