在一件白色實(shí)驗(yàn)室外套和藍(lán)色乳膠手套中，Neda Vishlaghi通過光學(xué)顯微鏡觀察了六個乳白色斑點(diǎn)。每個都大約是一個蒸粗麥粉的大小，沐浴在培養(yǎng)皿的淡橙色肉湯中。她用一只手拿著鑷子，另一只手拿著手術(shù)剪刀，巧妙地把一個小塊子剪成兩半。

在培養(yǎng)人類大腦時，有時你需要做一些修剪。

斑點(diǎn)是8周齡的腦狀組織。雖然他們不會被誤認(rèn)為是Lilliputian大小的大腦，但他們的一些細(xì)粒度特征與人類大腦皮層非常相似，是我們記憶，決策和其他高級認(rèn)知能力的基礎(chǔ)。

Vishlaghi在加州大學(xué)洛杉磯分校的Eli和Edythe Broad中心再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞研究中創(chuàng)建了這些“小巴”，她是研究助理。首先，她將一批人類多能干細(xì)胞浸入一種特殊的化學(xué)物質(zhì)混合物中，這些干細(xì)胞可以轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的任何細(xì)胞類型。

自由漂浮的細(xì)胞成倍增加并合并成神經(jīng)組織的細(xì)小的球。用精心定時劑量的生長支持成分培養(yǎng)，最終將細(xì)胞團(tuán)轉(zhuǎn)移到含有Matrigel(一種明膠樣蛋白質(zhì)基質(zhì))的肉湯的培養(yǎng)皿中。

在第56天，斑點(diǎn)顯示神經(jīng)“玫瑰花結(jié)”的陰影簇。在激光掃描顯微鏡下，那些玫瑰花結(jié)的剃刀薄片顯示各種分裂神經(jīng)干細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞或神經(jīng)元的松散編織層，會發(fā)生。分層結(jié)構(gòu)看起來類似于妊娠14周時人胎腦的結(jié)構(gòu)。

在全球范圍內(nèi)，由加州大學(xué)洛杉磯分校發(fā)育生物學(xué)家和神經(jīng)科學(xué)家Bennett Novitch領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室正在培養(yǎng)成千上萬的這些聰明的研究團(tuán)塊。不到五年前，奧地利和英國的一個生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)以及日本的一個生物學(xué)家團(tuán)隊(duì)在宣布他們在一道菜中制作了一些基本的三維人類大腦皮質(zhì)時，他們驚嘆不已。從那以后，研究人員一直在急切地想要制作這些微型腦模型的技術(shù)，就像廚師們癡迷地改進(jìn)他們最喜歡的食譜一樣。

“就像做蛋糕一樣：你有很多不同的方式可以做到這一點(diǎn)，”諾維奇說道，他更喜歡使用日本方法進(jìn)行一些調(diào)整。“人們已經(jīng)提出了各種各樣的小技巧來克服一些共同的挑戰(zhàn)。”

例如，由于大腦斑塊缺乏內(nèi)置血液供應(yīng)，它們必須從組織培養(yǎng)液中吸收足夠的氧氣和營養(yǎng)素才能保持健康。為了幫助，一些實(shí)驗(yàn)室將肉湯在組織塊周圍循環(huán)。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員選擇在更高的氧氣水平下生長它們，并在35天時切割斑點(diǎn)，當(dāng)它們寬達(dá)3毫米時，然后大約每兩周一次。聽起來很激進(jìn)，但切片讓細(xì)胞在內(nèi)部 - 其中一些開始死亡 - 暴露于急需的氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。那些分開的比特然后繼續(xù)單獨(dú)增長。但是，在內(nèi)部膨脹的玫瑰花結(jié)構(gòu)損壞之前，切割只能進(jìn)行很多次。

通過所有的實(shí)驗(yàn)，研究人員已經(jīng)做了很多創(chuàng)新，包括去年報(bào)道的一些非常好的進(jìn)展。科學(xué)家們編造了幾個大腦區(qū)域的微小版本，從調(diào)節(jié)體溫，口渴和饑餓的下丘腦到控制運(yùn)動的基底神經(jīng)節(jié)。已經(jīng)檢測到反映活躍腦電路的神經(jīng)元之間的電顫動。研究小組最近開始聯(lián)系像樂高積木這樣的特定地區(qū)?？茖W(xué)家甚至觀察到一些早期的發(fā)育過程，因?yàn)樗鼈儼l(fā)生在人類大腦的斑點(diǎn)中。

干細(xì)胞的收益

這項(xiàng)工作是更廣泛的科學(xué)富礦的一部分，其源于誘導(dǎo)人類干細(xì)胞自組裝成器官樣組織球，稱為類器官，通常不比扁豆大。盡管類器官的生長不足以復(fù)制整個人體器官，但這些迷你版本可以模仿從我們的腸道到肺部的三維細(xì)胞基礎(chǔ)設(shè)施。這是你從嚙齒動物研究中得不到的東西，它們的生物學(xué)特征與人類不同。

迷你器官模型為理解基本的人類生物學(xué)，戲弄人類疾病過程以及為尋找或?qū)彶樗幬镏委熖峁?zhǔn)確的試驗(yàn)場提供了巨大的優(yōu)勢。通過從患者的重編程細(xì)胞中創(chuàng)建個性化的類器官，科學(xué)家們可以以非常個性化的方式研究疾病 - 或者甚至可以使用類器官結(jié)構(gòu)來代替某些受損組織，例如肝臟或脊髓。

“有機(jī)體提供了前所未有的人類大腦內(nèi)部運(yùn)作水平，”諾維奇說，并指出我們的大腦在很大程度上是禁止進(jìn)行研究的。他和其他人說，如果科學(xué)家可以研究這些大腦中工作神經(jīng)回路的準(zhǔn)確模型，研究人員可能最終能夠處理獨(dú)特的人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病。這種疾病，包括癲癇和專家理論，精神分裂癥和自閉癥，可能在大腦的通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不良時出現(xiàn)。