本文發表在《大眾科學》的前部落格網路中，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
神經科學家迫切需要更好的工具來開發治療精神疾病和神經退行性疾病的藥物。在實驗室動物中進行的實驗，其藥物候選者往往在臨床試驗中最終失敗。如果存在一種實驗室細胞培養物，能夠準確地模擬構成大腦皮層的複雜細胞網路，它將提供一個現實檢驗，並幫助回答每個藥物開發者都想知道的持久問題：如果這種化學物質在模仿精神分裂症或自閉症某些影響的小鼠中有效，那麼它在人類中也會有效嗎？
約翰·霍普金斯醫學院和南京大學的一個團隊剛剛建立了一個大腦皮層的縮影，它可以放在實驗室的培養皿中。“培養皿中的皮質”由一個相互交織的神經元網路組成，這些神經元傳遞電訊號，還有其他細胞會抑制這種活動。培養的神經元可能會擴充套件將神經和精神藥物開發從目前的困境中解脫出來所需的工具包。
《大眾科學》採訪了約翰·霍普金斯大學醫學院細胞工程研究所的聯合主任瓦利娜·道森（Valina Dawson），討論了4月6日發表在《科學轉化醫學》上的一篇論文，她是該論文的資深作者。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
《大眾科學》：描述一下“培養皿中的皮質”是什麼？
瓦利娜·道森：大腦被分為不同的結構和區域。大腦皮層是大腦中最大的部分，負責管理更高層次的大腦功能，如思想和行為、語言、感覺處理（如聽覺和視覺）。研究皮層中神經元功能的一種方法是在培養物中，“在培養皿中”培養它們。
科：為什麼研究人員想要建立這種皮層的實驗室模型？
VD：在培養物中擁有人類神經元，可以對化學、蛋白質和基因水平的訊號事件進行實驗研究，這些事件是正常和患病行為的基礎，而這在完整的人腦中是不可能或不道德的。瞭解皮層中的神經元如何工作以及疾病發生時會出現什麼問題，我們希望，這將為治療遭受腦損傷和疾病的患者提供新的治療機會。
科：為什麼構建這個如此困難？你們是如何克服沿途的障礙的？
VD：從幹細胞創造人類神經元的能力是相對較新的。從幹細胞製造不同型別神經元的既定方案僅限於人類大腦中存在的數百種神經元中的少數幾種。我們對皮層發育中精心控制和優雅編排的事件的理解，大多來自不那麼複雜的生物。因此，生成產生複雜神經元群網路方案的一些關鍵要素必須透過試錯法來猜測和識別。
科：. 科學家們可以用你們的系統做什麼？
VD：我們希望他們將使用該系統來了解皮層功能和交流中的重要機制。我們希望這些培養物也有助於瞭解如何提供神經保護以對抗中風和創傷，並調查精神分裂症、自閉症和癲癇等疾病中出現的問題。
科：你們在剛發表的論文中不是已經展示了這可能如何工作嗎？
是的，在一箇中風模型中。中風是全世界死亡、殘疾和生活質量喪失的常見原因，但不幸的是，很少有減少腦損傷的治療方法。在中風期間，腦組織的血液流動會喪失。這可以透過去除氧氣和葡萄糖或用化學物質NMDA啟用神經元表面的一種特定蛋白質（一種興奮性受體）在培養皿中模擬。我們已經使用我們的皮質培養系統來研究發生的細胞訊號傳導事件並導致神經元細胞死亡。以前我們在齧齒動物系統中發現，生化途徑中的一個成員，即聚（ADP-核糖）聚合酶-1 (PARP-1)，被病理啟用並作為開關，將細胞從DNA修復轉移到細胞死亡。
防止PARP-1啟用可以保護神經元免受缺血性細胞死亡。我們首次能夠使用我們的皮質培養物確定人類神經元是否以類似的方式反應，它們確實如此！PARP抑制劑已開發用於治療患有某些型別癌症的患者，並且其中一些臨床有用的藥物會穿過血腦屏障。尋找能夠進入大腦的藥物一直是開發神經疾病和損傷良好療法的主要障礙。我們的研究提高了這些藥物也可能用於治療中風的潛力。
科：下一步是什麼？
VD：除了使用這些培養物來研究皮質神經元如何保護自己免受損傷外，我們還在使用這些培養物來探測一種自閉症形式背後的分子訊號傳導事件，希望找到干預方法。此外，其他大腦區域與皮層相連，提供重要資訊或接收來自皮質區域的指令。未來，可以建立培養物，以便在細胞和亞細胞水平上研究這些連線。還可以設想使用複雜的生物工程支架來允許皮層的正常分層，以便研究層之間的相互連線。在科幻的未來，也許會開發出皮質插頭，可以植入患有中風或創傷的患者體內，以替代受損和丟失的大腦物質。