透過適當的營養混合和少許誘導，源自皮膚的人類幹細胞可以自發組裝成類似大腦的組織塊。研究人員今天在Nature.雜誌上首次描述和應用了這些“迷你大腦”。
“這是一項在培養皿中製造大腦的開創性研究，”加州大學洛杉磯分校的神經生物學家克萊夫·斯文德森說，他沒有參與這項研究。“這太了不起了。”他指出，完全形成的人工大腦可能還需要數年時間，但這項工作中開發的豌豆大小的神經團塊可能對研究人類神經系統疾病有用。
研究人員之前曾使用人類幹細胞來生長類似於眼睛的結構，甚至類似於大腦皮層的組織層。但在最新的進展中，科學家們透過首先在類似於大腦和身體其他部位發現的天然結締組織的合成凝膠上培養幹細胞，開發出更大、更復雜的神經組織團塊。然後，他們將新生的團塊放入旋轉浴中，為組織注入營養和氧氣。
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“最大的驚喜是它成功了，”維也納分子生物技術研究所的發育生物學家、研究合著者于爾根·克諾布利希說。這些球狀物生長得類似於發育第九周的胎兒大腦。
一個不完美的副本
在顯微鏡下，研究人員看到了似乎相互作用的離散腦區。但是，不同原始腦區的總體排列在組織樣本中隨機變化——沒有形成可識別的生理結構。
大腦構建者播客從 19:59 開始
“整個結構不像一個大腦，”克諾布利希說，他補充說，完整胚胎中的正常大腦成熟可能受到來自身體其他部位的生長訊號的引導。組織球也缺乏血管，這可能是它們的尺寸被限制在直徑 3-4 毫米的原因之一，即使在生長 10 個月或更長時間後也是如此。
儘管存在這些侷限性，作者還是使用該系統來模擬小頭畸形的關鍵方面，小頭畸形是一種導致大腦發育極度遲緩和認知障礙的疾病。由於物種特異性的大腦發育差異，小頭畸形和其他神經發育障礙很難在齧齒動物身上覆制。
研究人員發現，從小頭畸形患者的皮膚幹細胞培養的組織塊沒有從健康人的幹細胞培養的團塊長得大。他們將這種影響追溯到小頭畸形組織塊內神經幹細胞的過早分化，從而耗盡了為正常大腦生長提供能量的祖細胞群。
“這些發現很大程度上證實了關於小頭畸形的普遍理論，”加州大學舊金山分校的發育神經生物學家阿諾德·克里格斯坦說。但是，他補充說，該研究也證明了如果能夠更可靠地控制細胞生長，使用人類幹細胞衍生的組織來模擬其他疾病的潛力。
“整個方法還處於早期階段，”克里格斯坦說。“關於它的穩健性，可能尚未有定論。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。該文章於 2013 年 8 月 28 日首次發表。