研究人員首次建立了大腦的3D模型,其中包括來(lái)自不同供體的各種細(xì)胞類(lèi)型。這些類(lèi)器官可能有助于揭示為什么大腦對(duì)藥物的反應(yīng)因人而異。6月26日,相關(guān)成果發(fā)表于《自然》。
據(jù)《自然》報(bào)道,之前其他團(tuán)隊(duì)已制作了多個(gè)人類(lèi)供體腦細(xì)胞的2D薄片,但這項(xiàng)工作報(bào)道了足夠強(qiáng)大的可用于研究的3D系統(tǒng)。
“這是一項(xiàng)非常強(qiáng)大的技術(shù),也是一種強(qiáng)大的方法。”未參與該研究的美國(guó)加利福尼亞大學(xué)舊金山分校生物學(xué)家Tomasz Nowakowski說(shuō),許多研究團(tuán)隊(duì)可能會(huì)接受這種方法,“這是技術(shù)上的杰作”。
經(jīng)過(guò)1個(gè)月的生長(zhǎng),由多個(gè)人類(lèi)供體細(xì)胞組成的大腦類(lèi)器官寬度剛剛超過(guò)1毫米。圖片來(lái)源:N. Antón-Bola?os et al./Nature
這些被研究者稱(chēng)為嵌合體的嵌合培養(yǎng)物,結(jié)合了來(lái)自多達(dá)5個(gè)供體的細(xì)胞,未來(lái)的迭代還可能會(huì)結(jié)合數(shù)百人的細(xì)胞。
論文通訊作者、美國(guó)哈佛大學(xué)干細(xì)胞生物學(xué)家Paola Arlotta說(shuō):“如果有一天,我們可以在試驗(yàn)之前使用嵌合體預(yù)測(cè)個(gè)體對(duì)新療法的反應(yīng),那會(huì)怎么樣?我喜歡想象未來(lái)?!?br data-filtered="filtered"/>被稱(chēng)為類(lèi)器官的模型系統(tǒng)模仿器官的細(xì)胞組成,如腸道和肺部。研究人員將來(lái)自人類(lèi)供體的干細(xì)胞浸泡在一種精確配制的化學(xué)混合物中,以促進(jìn)干細(xì)胞成熟為特定器官中典型存在的所有細(xì)胞類(lèi)型,培養(yǎng)條件也促使細(xì)胞聚集成復(fù)雜的3D形狀。
大腦類(lèi)器官生長(zhǎng)特別緩慢,使用起來(lái)也特別苛刻,研究人員一直在尋找更好的制造方法。一種方法是將來(lái)自幾個(gè)供體的細(xì)胞組合成一個(gè)單一的類(lèi)器官。多供體細(xì)胞團(tuán)可能更容易處理,并且可以在單一模型中捕獲廣泛的人類(lèi)遺傳多樣性。然而,由于起始干細(xì)胞的生長(zhǎng)速度不同,快速生長(zhǎng)的干細(xì)胞不可避免地會(huì)取而代之。
現(xiàn)在,Arlotta和同事找到了訣竅——首先制備一套單一供體類(lèi)器官。當(dāng)這些細(xì)胞成熟時(shí),所有類(lèi)器官中的細(xì)胞都以相似的速度生長(zhǎng)。將這些結(jié)構(gòu)均質(zhì)化并將細(xì)胞聚集在一起,就有可能培養(yǎng)出復(fù)合類(lèi)器官。在該研究中,嵌合體在3個(gè)月后增長(zhǎng)到約3至5毫米寬,并且含有與胎兒皮質(zhì)組織相同的細(xì)胞類(lèi)型。
“這真的是一個(gè)很大的進(jìn)步?!焙商m類(lèi)器官研究公司HUB Organoids首席執(zhí)行官Robert Vries說(shuō),研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)的團(tuán)隊(duì)“真的需要更多的類(lèi)器官系統(tǒng)”。
嵌合體應(yīng)該能使研究人員弄清藥物是否會(huì)對(duì)不同的人產(chǎn)生不同的影響。作為一個(gè)測(cè)試案例,研究團(tuán)隊(duì)用神經(jīng)毒性藥物處理多供體類(lèi)器官。導(dǎo)致胎兒酒精綜合癥的乙醇,只減少了一個(gè)供體細(xì)胞系的細(xì)胞數(shù)量。當(dāng)與抗癲癇藥物丙戊酸聯(lián)合使用時(shí),來(lái)自該供體的細(xì)胞生長(zhǎng)得更快。
但Vries提醒說(shuō),需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮罄m(xù)工作,以確保嵌合模型中看到的任何效應(yīng)都來(lái)自特定細(xì)胞系的遺傳,而不是來(lái)自緊密排列的細(xì)胞之間的相互作用。
Nowakowski補(bǔ)充說(shuō),使嵌合體生長(zhǎng)也是“勞動(dòng)密集型”的工作,他正在實(shí)驗(yàn)室里試驗(yàn)這種模型。但是,自動(dòng)化的細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)應(yīng)該可以減輕工作量,并使這些模型能夠用于更有效的腦部疾病實(shí)驗(yàn)。