科學家試圖在培養皿中培育大腦組織的想法，會讓人聯想到各種可怕的心理畫面（配上恐怖電影音樂）。但該研究的現實與科幻願景相去甚遠——而且永遠都會如此，該領域的研究人員表示。事實上，該研究領域的領導者之一，加州大學舊金山分校的阿諾德·克里格斯坦說，現實情況與一些科學家所描述的情況並不相符。
在1月29日發表於《自然》雜誌的一篇論文中，克里格斯坦和他的同事們確定了從37個不同的類器官中提取的235,000個細胞中哪些基因是活躍的，並將它們與來自正常發育大腦的189,000個細胞進行了比較。根據這項研究，類器官——有時被稱為“迷你大腦”，這讓一些科學家感到懊惱——並不能完全準確地代表正常的發育過程。
腦類器官是由幹細胞製成的，幹細胞從一種細胞型別轉化為另一種細胞型別，直到最終變成神經元或其他成熟細胞。但根據《自然》雜誌的論文，它們並不總是完全完成這種發育過程。相反，類器官往往最終會產生尚未完全轉化為新細胞型別的細胞——而且它們沒有重建正常大腦的組織結構。精神和神經發育疾病——分別包括精神分裂症和自閉症——以及神經退行性疾病，如阿爾茨海默病，通常特定於特定的細胞型別和迴路。
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研究表明，許多類器官細胞都顯示出代謝壓力的跡象。克里格斯坦說，當研究小組將類器官細胞移植到小鼠體內時，它們的身份變得“更加清晰”，並且它們的行為更像正常細胞。他補充說，這一結果表明，培養這些細胞的培養條件與正常發育的大腦的培養條件不符。“細胞壓力是可逆的，”克里格斯坦說。“如果我們能夠逆轉它，我們很可能會看到細胞的身份同時得到顯著改善。”
加州大學舊金山分校的神經病學教授、Eli & Edythe Broad再生醫學和幹細胞研究中心主任克里格斯坦說，腦類器官在概括小簇神經元的活動方面越來越好。科學家們經常用患有不同疾病的人的細胞來製作類器官，以更好地瞭解這些疾病。但一些科學家可能在對他們從患者特異性腦類器官中獲得的見解提出主張時走得太遠了。“我會對此保持謹慎，”克里格斯坦說。“其中一些變化可能反映了細胞的異常基因表達，而實際上並未反映真正的疾病特徵。因此，這是科學家需要解決的問題。”
一些研究人員斷言，在培養皿中生長的小細胞球可能能夠重建大腦某些部分的某些方面，但它並非旨在代表整個大腦及其複雜性。一位科學家曾說過，這些類器官並不比從手術中從患者身上取出的大腦組織更具有感知能力。
當然，模型永遠不是完美的。儘管動物模型已經為大腦發育帶來了基本的見解，但研究人員一直在尋找類器官或“培養皿中的器官”，正是因為將生物學見解從其他物種推斷到人類的侷限性。例如，阿爾茨海默病在小鼠身上已經被治癒了數百次，但在我們人類身上卻從未被治癒。
賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫學院神經科學教授洪君宋說：“儘管如此，目前的模型在解決人類大腦發育中的一些基本問題方面已經非常有用了。”他沒有參與這項新研究。他補充說，最近的研究表明，使用腦類器官，寨卡病毒會攻擊神經幹細胞，引起一種反應，這可以解釋為什麼一些在子宮內接觸寨卡病毒的嬰兒會發育出異常小的大腦。
幹細胞專家邁克爾·內斯特沒有參與這項新研究，他說他自己的類器官對於識別出自閉症患者大腦細胞中生長的異常活動非常有幫助。他指出，它們最終將有助於篩選潛在的藥物。
哈佛大學幹細胞和再生生物學系主任保拉·阿洛塔說，即使模型永遠只是一種簡化，類器官的工作仍然至關重要，她也沒有參與這項《自然》雜誌的研究。她說，神經精神病理學和神經發育疾病通常是由大量基因變化引起的，這些變化過於複雜，無法在齧齒動物身上建模。
該領域的另一位領導者塞爾吉烏·帕斯卡說，克里格斯坦和他的團隊遇到的細胞壓力實際上可能在某些情況下很有用，有助於在培養皿中創造導致神經退行性疾病的條件。斯坦福大學助理教授帕斯卡說：“我認為最令人興奮的特徵仍然是我們能夠在體外衍生神經細胞和神經膠質細胞，瞭解它們在培養皿中的內在成熟程式。”他沒有參與這篇新論文。
阿洛塔說，當暴露於小鼠大腦環境時，改善細胞質量的能力表明，有可能克服當前的一些侷限性。目前還沒有在實驗室中製作腦類器官的單一方案，這可能對該領域的早期階段是最好的。她說，最終，科學家們將最佳化和標準化這些細胞的生長條件。
阿洛塔還是哈佛大學戈盧布家族幹細胞和再生生物學教授，去年她在《自然》雜誌上發表了一項研究，表明她和她的同事們可以在六個月的時間內製造出能夠可靠地包含適用於人類大腦皮層的多種細胞型別的類器官。她說，類器官工作必須在倫理框架內完成至關重要。阿洛塔是一個聯邦資助的生物倫理學家和科學家團隊的成員，他們共同努力確保此類研究在倫理上進行。她說，科學家們向生物倫理學家介紹研究的現狀，而倫理學家則向科學家們介紹他們工作的影響。
內斯特深感科學、政策和公眾意識與幹細胞研究聯絡起來的重要性，他已經暫停了他在胡斯曼自閉症研究所的實驗室工作，接受了美國科學促進會為期一年的科學和技術政策研究員職位。 他說，他擔任這個職位是為了確保公眾和政策制定者瞭解他們需要了解的關於類器官和其他尖端科學的知識，並學習如何與他們交流科學。
所有接受本文采訪的科學家都同意的一點是，這些腦類器官並非真正的小型大腦，也沒有人試圖在培養皿中構建大腦。克里格斯坦說，即使研究人員學會製造更多細胞型別並在更真實的條件下培養它們，他們也永遠無法複製大腦的結構和複雜性。他補充說：“正常大腦的精妙組織對其功能至關重要。” 大腦“仍然是自然界創造的最複雜的結構”。