【Nature】类器官开发——将人类细胞移植到动物大脑中

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作者：kope

导读：几十年来，研究人员一直在将器官、细胞或基因等人类元素引入其他动物体内。初衷是为了更好地了解生物系统是如何工作的，或者找到疾病的治疗方法。

在伦敦一个实验室的一个黑暗的房间里，一群学生和研究人员看着一团人类脑细胞进入他们的新家：一个活的老鼠大脑。相关研究概述近日发表在《Nature》杂志上。由于道德和技术原因，这个系统在很大程度上是被禁止的。

https://www.nature.com/articles/d41586-022-02073-4

灰色地带

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一个在过去五年中大大扩展的研究领域，引发了关于混合人类和动物脑组织伦理的辩论。其他人警告说，这种嵌合体代表了一个道德灰色地带，因为它有可能模糊人类与其他动物之间的界限，或者概括动物中类似人类的感知或认知。一些研究人员表示，只有在没有其他细胞或动物模型合适的情况下，才应该使用这些类型的嵌合体。赋予动物新的认知能力或人类疾病症状可能令其痛苦，尽管目前对干细胞和动物研究的监管是足够的，但该领域应受到密切监视，以识别任何新的或不寻常的行为。

从19世纪初开始，胚胎学家将来自不同动物物种的胚胎碎片切割并粘贴在一起。例如，将鸡与鹌鹑合并，以确定发育信号的起源，几十年来，研究人员还一直在将器官，细胞或基因等人类元素引入其他动物体内。其基本原理是更好地了解生物系统是如何工作的，或者找到疾病的治疗方法。癌症研究人员经常将人类肿瘤移植到小鼠体内，自20世纪80年代末以来，科学家们已经创造了具有人类免疫系统的小鼠。另一个动机是更实用的：找到在动物体内生长人类兼容器官的方法，以缓解移植器官的短缺。在过去的几个月里，研究人员已经将转基因猪肾和猪心脏移植到人类体内。

神经嵌合体

 02 

在过去的五年中，研究人员已经开发出几种制造神经嵌合体的方法。它们的复杂性各不相同，从移植单个人类神经元或一大块培养的脑组织，到结合来自两个物种的胚胎，试图从头开始产生嵌合脑组织。人类神经元需要他们习惯的时间才能成熟，在6到12个月之间，而小鼠神经元邻居则需要5周。研究小组发现，人类神经元正常发育，整合到小鼠的视觉回路中并在其中发挥作用，就像小鼠细胞对视觉刺激的反应一样，例如移动黑白条。人类神经元沉降到外来大脑中并正常工作是令人惊讶的，它暗示细胞移植将来可能被用来修复受损的大脑回路。

该团队还将健康的人类神经元移植到具有阿尔茨海默病遗传易感性的小鼠的大脑中。工作5表明人类神经元在患病的大脑中退化，而小鼠神经元仍然活着。这不仅证实了人类神经元特别容易患上阿尔茨海默病，而且还为研究人员提供了一种观察活体患病大脑中人类神经元发生情况的方法。

类器官移植

 03 

类器官足够复杂，可以成为询问许多人脑问题的好方法，但即使是组装体也远非真实事物的复杂性，它们缺乏感官输入，血管，免疫和支持细胞，并且无法收到反馈。此外，一旦结构生长超过3-4毫米的大小，中间的细胞就会由于缺乏细胞培养液中的营养而死亡。在几个月内支持他们的成长可能很困难。

为了克服这些限制，神经科学家已经开始将类器官移植到动物的大脑中，以更密切地模拟人类大脑回路的复杂性以及它们在疾病中如何出错。拉霍亚索尔克生物研究所的神经科学家Rusty Gage小组成功地将人体类器官移植到小鼠大脑中，并使它们存活长达11个月，几乎是小鼠的整个生命周期。人类神经元从类似胚胎的状况成熟到类似于婴儿神经元的更复杂的状态，并最终显示出成年神经元的特征。人脑组织整合到小鼠大脑中，生长血管，成熟并对刺激做出反应，甚至与小鼠神经元形成稀疏但有效的连接。

“神经组合触及了使我们本质上成为人类的东西，我们的思想、我们的记忆、我们的自我意识，”华盛顿特区的生物伦理学家Alta Charo说。另一个问题是人类胚胎细胞放入动物胚胎中的不可预测的行为，以及它们是否会失控。如何正确地告知人们他们的细胞可以重新编程为神经元，并在培养皿，小鼠或胚胎中赋予新生命？

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-022-02073-4

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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