约翰霍普金斯大学的研究人员培育出一种新型全脑类器官，包含神经组织和初级血管——这一突破可能开启精神分裂症、自闭症等神经系统疾病研究的新时代。
“我们制造了下一代大脑类器官，”该研究的主要作者安妮·卡图里亚（Annie Kathuria）表示。她是约翰霍普金斯大学生物医学工程系的副教授，研究大脑发育和神经精神疾病。“目前论文中描述的大多数大脑类器官只包含一个脑区，例如大脑皮层或后脑或中脑。我们则培育出了一种初步的全脑类器官，我们称之为多区域脑类器官（MRBO）。”
这项研究发表于本月的《先进科学》杂志，是科学家首次成功培育出连接所有脑区组织并协同工作的类器官。这种基于人类细胞的大脑模型将为研究影响全脑的疾病（如精神分裂症、自闭症等）提供新可能——这些研究通常依赖动物模型进行。
“全脑类器官让我们可以实时观察疾病的发育过程，测试治疗方法的效果，甚至为个体患者定制疗法。”卡图里亚表示。
研究人员首先在不同的培养皿中分别培育出大脑不同区域的神经细胞和初步形式的血管。随后，他们使用粘性蛋白作为生物“超级胶水”，将这些部分粘合在一起，并让组织自然形成连接。当组织逐渐融合后，它们开始产生电活动，并作为一个网络进行响应。
这个多区域微型大脑类器官保留了广泛的神经元类型，其特征类似于一个40天大的人类胎儿的大脑。人类大脑早期发育阶段约80%的细胞类型在实验室培育的微型大脑中均有表达。尽管这些类器官比真实的大脑小得多——它们只含有600万到700万个神经元，而成人大脑含有数十亿个神经元——但它们为研究全脑发育提供了一个独特的平台。
研究人员还观察到了早期血脑屏障的形成，这是一种包裹大脑并控制哪些分子可以通过的细胞层。
“如果你想了解神经发育障碍或神经精神疾病，我们需要研究人类细胞模型，但我不能要求一个人让我观察他们的大脑来研究自闭症。”卡图里亚表示。“全脑类器官让我们可以实时观察疾病的发育过程，测试治疗方法的效果，甚至为个体患者定制疗法。”
研究人员指出，使用全脑类器官测试实验性药物可能有助于提高临床试验的成功率。大约85%到90%的药物在第一阶段临床试验中失败，而神经精神类药物的失败率接近96%。这是因为科学家在药物开发的早期阶段主要研究动物模型。而全脑类器官更接近人类大脑的自然发育过程，因此可能成为更好的实验对象。
“精神分裂症、自闭症和阿尔茨海默病等疾病影响的是整个大脑，而非仅仅一个部分。如果你能了解早期发育过程中出现了什么问题，我们或许可以找到新的药物筛选靶点。”卡图里亚表示。“我们可以在类器官上测试新药或新疗法，并确定它们是否真的对类器官产生了影响。”
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