通过适当的营养混合和少许诱导，源自皮肤的人类干细胞可以自发组装成类似大脑的组织块。研究人员今天在Nature.杂志上首次描述和应用了这些“迷你大脑”。
“这是一项在培养皿中制造大脑的开创性研究，”加州大学洛杉矶分校的神经生物学家克莱夫·斯文德森说，他没有参与这项研究。“这太了不起了。”他指出，完全形成的人工大脑可能还需要数年时间，但这项工作中开发的豌豆大小的神经团块可能对研究人类神经系统疾病有用。
研究人员之前曾使用人类干细胞来生长类似于眼睛的结构，甚至类似于大脑皮层的组织层。但在最新的进展中，科学家们通过首先在类似于大脑和身体其他部位发现的天然结缔组织的合成凝胶上培养干细胞，开发出更大、更复杂的神经组织团块。然后，他们将新生的团块放入旋转浴中，为组织注入营养和氧气。
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“最大的惊喜是它成功了，”维也纳分子生物技术研究所的发育生物学家、研究合著者于尔根·克诺布利希说。这些球状物生长得类似于发育第九周的胎儿大脑。
一个不完美的副本
在显微镜下，研究人员看到了似乎相互作用的离散脑区。但是，不同原始脑区的总体排列在组织样本中随机变化——没有形成可识别的生理结构。
大脑构建者播客从 19:59 开始
“整个结构不像一个大脑，”克诺布利希说，他补充说，完整胚胎中的正常大脑成熟可能受到来自身体其他部位的生长信号的引导。组织球也缺乏血管，这可能是它们的尺寸被限制在直径 3-4 毫米的原因之一，即使在生长 10 个月或更长时间后也是如此。
尽管存在这些局限性，作者还是使用该系统来模拟小头畸形的关键方面，小头畸形是一种导致大脑发育极度迟缓和认知障碍的疾病。由于物种特异性的大脑发育差异，小头畸形和其他神经发育障碍很难在啮齿动物身上复制。
研究人员发现，从小头畸形患者的皮肤干细胞培养的组织块没有从健康人的干细胞培养的团块长得大。他们将这种影响追溯到小头畸形组织块内神经干细胞的过早分化，从而耗尽了为正常大脑生长提供能量的祖细胞群。
“这些发现很大程度上证实了关于小头畸形的普遍理论，”加州大学旧金山分校的发育神经生物学家阿诺德·克里格斯坦说。但是，他补充说，该研究也证明了如果能够更可靠地控制细胞生长，使用人类干细胞衍生的组织来模拟其他疾病的潜力。
“整个方法还处于早期阶段，”克里格斯坦说。“关于它的稳健性，可能尚未有定论。”
本文经《自然》杂志许可转载。该文章于 2013 年 8 月 28 日首次发表。