上海
在8月19日发表于《自然》的一项研究中，科学家培养出的脑类器官反映了人类大脑5年多的发育过程。这是迄今实验室培养的存活时间最长的类器官。
由人类细胞在实验室培养的脑类器官。图片来源：Irene Faravelli
研究人员发现，生长15天至两个月的类器官，基因表达变化与胎儿大脑在孕早期所经历的变化相似；生长3至6个月的类器官的变化与孕中期胎儿大脑的变化相当；生长12个月后，类器官表现出的基因表达模式与新生儿大脑相似。
“我们分析这些类器官后发现，它们不仅存活了5年，而且随着时间推移持续变化、发育和成熟。”论文通讯作者、美国哈佛大学的Paola Arlotta说，团队在类器官生长满5年时完成了分析，而它们仍在继续生长。
目前，大多数脑类器官只能模拟大脑发育的早期阶段，并且通常在几个月内就会死亡。澳大利亚墨尔本大学的Maria Di Biase表示，培养类器官如此之久“是一项了不起的壮举”。观察它们随时间的发育情况，有助科学家了解疾病如何影响大脑发育。
Arlotta和同事为了实现类器官的长时间培养，改善了其生长条件。例如，他们在研究中途更换了类器官生长的液体培养基，因为兴奋性神经元不断死亡。他们使用了一种经过改良的培养基BrainPhys，发现神经元数量增加，并且开始出现更复杂的放电模式。
Arlotta和同事培养了34个类器官，在前18个月每3至6个月收集一次数据，之后每年收集一次，直到类器官生长满5年。他们将这些数据与此前从生长15天至6个月的类器官中收集的数据相结合，结果发现，随着时间推移，类器官表现出细胞特异性老化迹象。例如髓鞘形成，即蛋白质膜包裹某些脑细胞的过程，这与人脑十分相似。
研究人员还发现，类器官中的细胞保留着对自身年龄和功能的“记忆”。“此前我们就知道可以从细胞的分子状态读取其年龄，但令人兴奋的是，现在有证据表明细胞还能利用这段‘记忆’决定它接下来做什么。”Di Biase 说。
团队将培养了9至12个月的“年老”类器官的细胞与仅生长15天的“年轻”类器官的细胞混合，并将混合细胞继续培养15天。Arlotta说，年轻细胞的表现符合预期，产生了大脑早期发育所需的神经元类型；但年老细胞没有产生相同的早期细胞，而是产生了类器官通常生长数月后才会发育出的神经元。这种行为表明细胞记录了时间的流逝，尽管身处新环境仍能记起自己已经成熟。
Di Biase说，类器官细胞能记住年龄这一发现，有望帮助科学家研究那些细胞变化发生在大脑发育后期的神经和精神疾病，如精神分裂症和自闭症谱系障碍。
研究团队计划利用受精神分裂症等脑部疾病影响的人的干细胞培养类器官，并用这些器官测试潜在疗法。团队还希望创建更复杂的脑类器官，纳入触觉、视觉和听觉等感觉输入。
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来源｜中国科学报
责编｜张一诺
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