科學家用人皮細胞生長出小型頭腦

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這聽起來也許像是科幻片裡才會發生的事,但類器官(organoids)一點都不科幻 ,這些3D的結構是在實驗室裡用細胞生長出來像器官的東西,它們被用來研究人類的生長、試新藥、與更了解病毒。 利用先進的組織培養技術,科學家已經可以生長出小型肝臟,心臟和小腸的一些部位。

現在研究家可以生長出小型頭腦,而且功能還跟真的一樣,讓科學家有機會研究人腦組織的功能。這些叫做”人類大腦皮層球體狀”的東西( human cortical spheroids)不只與人類大腦皮層(負責語言,思維,感知和信息處理的部位)的結構與組織相似,它們還有運作良好的神經元可以互相傳送訊息。

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科學家希望這些小型頭腦可以增加我們對神經系統的了解,與解開造成神經精神疾病(像是自閉症和精神分裂症)的原因。

研究家Sergiu Paşca 說“研究精神病最大的問題就是我們無法直接接觸到大腦。這些球體狀與皮層的3D構造很像,而且與胎兒大腦的基因表現模式很類似。”

我們從腦部掃描和驗屍能夠得到的資訊有限,科學家認為類器官可以改善這情況。之前科學家一直無法製造出大腦細胞的3D結構,而2D模型也無法複製神經系統的複雜構造與獲取重要資料的功能。

為了要製造更好的類器官,史丹佛大學的研究家們用五個人的皮膚細胞,他們先把它變成空白的細胞叫做多功能幹細胞(pluripotent stem cells或iPSCs),這些細胞很好用因為他們有可以變成身體上任何細胞的能力。.

它們先在單細胞裡生長,然後再被放到特別的盤上(防止黏住表面)讓它們可以生長成3D。這些細胞很快的開始製造小圓形的菌落,所以研究家再加入混合過的分子進去,讓它們可以變成未成熟的腦細胞。 時間過後這些會開始變成神經元與星形膠質細胞(astrocyte)。 這些細胞會包住神經元或突觸的聯繫,而扮演重要的角色像是給細胞代謝的支撐與管控信號的傳送。

小型腦

當科學家把這些細胞球切片,他們發現有跟人類皮層一樣的3D排列。更重要的是功能測試顯示80%的神經元被刺激後可以發送訊號 ,而86%有跟大腦一樣的自主活動與網絡活動。

這研究還在初期階段,而要取代動物的大腦還有很長的路要走。但可以用人細胞長出這些結構可以讓個體化治療(personalized medicine)更有效。它也可以讓我們更了解腦部疾病(像是癲癇病)的生化和發展變化。

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來源: Iflscience