上科大科学家构建人脑类器官模型，为研究人类大脑提供新窗口

IT之家 8 月 31 日消息，随着脑类器官研究的深入，科学家们开发出了多种构建策略，以满足不同研究需求。非定向分化和定向分化是两种常用的方法，它们在不同的研究场景中发挥着重要作用。

上海科技大学宣布，其生命科学与技术学院向阳飞课题组构建了脊髓三叉神经核团特异的人脑类器官，并完成了核团相关的脑区间连接体外模型的构建。

这项工作首次实现了 SpV 特异的人脑类器官构建，也首次完成了核团相关的脑区间连接体外模型的构建，为研究人脑核团发育、神经靶向投射及相关病理机制提供了新的模型。相关研究成果已经发表在《细胞-干细胞》（Cell Stem Cell）上（IT之家附 DOI:10.1016/j.stem.2024.08.004）。

▲SpV 类器官及 SpV-丘脑融合类器官的构建分析示意图，图源：上海科技大学

上科大表示，后脑延髓在调控众多基本生命功能中发挥重要作用。然而，针对这一区域的脑类器官模型仍然缺乏，特别是在延髓特定核团的构建方面仍为空白。

据介绍，位于延髓的脊髓三叉神经核团（Spinal trigeminal nucleus, SpV）是最大的颅神经核，也是三叉神经核的关键结构，主要负责接收颅面部感觉信息并将这些信息传递至丘脑。虽然 SpV 密切参与了正常生理功能维持及多种病理机制发生，目前尚未有针对 SpV 核团的人源研究模型。

为建立特异模拟 SpV 的脑类器官，研究人员探索了人类多能干细胞体外三维神经分化的精细调控机制。通过与其他脑区特异类器官（例如该团队之前建立的脑皮层类器官和丘脑类器官）以及在体脑组织等的比较分析，解析了 SpV 类器官的特征及其细胞谱系发育过程。此外还研究了长期培养下的 SpV 类器官中神经组织结构和功能特征。研究人员发现 SpV 神经元在长期培养的类器官中自发形成轴突束结构，表明了其潜在的投射能力。

为了在体外模拟 SpV 与丘脑之间的连接，研究人员对 SpV 类器官和丘脑类器官进行了融合培养。结果显示，SpV 神经元向丘脑侧投射的能力显著强于丘脑神经元向 SpV 区域的投射能力。通过不同的融合组合，如 SpV 类器官与丘脑类器官的融合、SpV 类器官与皮层类器官的融合，以及丘脑类器官与皮层类器官的融合，研究人员进一步分析了不同神经组织间建立投射的特征。这些投射特征与体内不同脑区间的连接特征相一致。此外，通过逆行示踪、光遗传、钙成像、电极刺激与记录等多种研究手段，还进一步证实了在融合类器官中，SpV 细胞与丘脑细胞之间建立了连接。