人腦類器官移植后對視覺刺激產生反應

美國科學家發現，大腦類器官——實驗室培養的神經元團塊，可以與大鼠的腦結合，并對閃光燈等視覺刺激做出反應。相關研究結果2月3日發表在《細胞—干細胞》期刊上。

過去幾十年的研究表明，人們可以將單個人類和嚙齒動物神經元移植到嚙齒動物的大腦中。最近，科學家已經證明人類大腦類器官可以與發育中的嚙齒動物大腦結合。然而，這些類器官移植物能否在功能上與受損成年大腦的視覺系統相結合還有待探索。

“我們不僅專注于移植單個細胞，而且移植了組織。大腦類器官有類似大腦的結構。我們能夠觀察這種結構中的單個神經元，以便更深入地了解移植類器官的整體情況。”論文通訊作者、賓夕法尼亞大學神經外科副教授兼內科醫生Isaac Chen說。

研究者在實驗室培養了大約80天的人類干細胞來源的神經元，并將它們移植到視覺皮層受損的成年大鼠的大腦中。在3個月內，移植的類器官已經與宿主的大腦融為一體：生成血管、大小和數量都在增長、發出神經元投射，并與宿主的神經元形成突觸。

研究小組利用熒光標記的病毒沿著突觸跳躍，從一個神經元到另一個神經元，來檢測和追蹤類器官和宿主大鼠的腦細胞之間的物理連接。“通過將一種病毒示蹤劑注入動物的眼睛，我們能夠追蹤視網膜下游的神經元連接。”Chen說，“示蹤劑一直到達類器官。”

隨后，他們使用電極探針測量了當動物暴露在閃爍的燈光和交替的白黑條帶時，類器官內單個神經元的活動。“我們看到類器官內的大量神經元對特定的光線方向做出了反應，這證明這些類器官神經元不僅能夠與視覺系統整合，而且能夠接受視覺皮層的非常特定的功能。”Chen說。

研究小組對類器官在短短3個月內就達到的融合程度感到驚訝。他們并未預料到這么快就能看到這種程度的功能整合。其他涉及單個細胞移植的研究表明，即使在將人類神經元移植到嚙齒動物體內9到10個月后，它們仍然沒有完全成熟。

“神經組織有重建受損大腦區域的潛力。我們還有很多問題待解決，但這項研究邁出了非常堅實的第一步。現在，我們想了解類器官如何被用于大腦皮層的其他區域，而不僅是視覺皮層。我們想了解指導類器官神經元如何與大腦整合的規則，這樣就可以更好地控制這一過程，并使其更快地發生。”Chen說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.01.004