在培养皿中模拟大脑：下一代类器官模拟儿童脑肿瘤的曙光

　　新型脑类器官模型图像显示其典型的卷曲形状和延伸的神经上皮。存在于类器官中的神经元根据其在组织中的位置以不同的颜色显示。致谢:Benedetta Artegiani, Delilah Hendriks, Anna Pagliaro

　　这项新研究由Máxima中心的研究小组组长Benedetta Artegiani博士和Hubrecht研究所的oncode研究员、Máxima中心的附属小组组长Delilah Hendriks领导，于11月28日发表在《自然通讯》上。他们生成的新的皮层类器官在多个方面更接近于人类大脑:它的形状、结构组织和细胞的一些特性。

　　重建发育中的人类大脑

　　人脑的形成始于一个叫做神经管的单一结构，它是由一种叫做神经上皮的特殊组织组成的。然后，这个结构中的细胞被慢慢地“指示”生成存在于大脑各个部位的所有不同的细胞。

　　Artegiani说:“目前的大脑类器官模型通常有几个发育结构，就像一个‘独立’的小大脑一样，在一个类器官中发育。长期以来，研究人员一直试图减缓这些多重结构的形成。为了减少变异，增加可重复性，更好地重建大脑不同的细胞身份，最终更接近地再现大脑发育。现在在这项研究中，新的类器官模型是由这种自组织的、单一发育的神经上皮组成的。”

　　新型脑类器官不同角度的三维成像。不同的颜色代表了类器官中不同的细胞类型。致谢:Benedetta Artegiani, Delilah Hendriks, Anna Pagliaro

　　该研究的第一作者、博士生安娜·帕格里亚罗(Anna Pagliaro)说:“我们试图在培养皿中模拟大脑发育过程中分子的梯度。这导致迷你大脑在形状和结构上与我们过去的研究非常不同。这些类器官总体上更像大脑发育的早期阶段。看到这些类器官的形状对形成它们的所有不同细胞的影响，无论是形状、结构还是身份，都是非常令人印象深刻的。”

　　人脑的模拟机制

　　研究人员将这种新型迷你大脑命名为“扩展神经上皮类器官”(ENOs)，这是用来培养它们的发育组织。为了产生它们，他们做了一个小而重要的改变。亨德里克斯:“大脑中的细胞被指示通过缓慢作用的分子来获得它们的身份，即所谓的时间梯度。这正是我们试图模仿的。令我们惊讶的是，只要慢慢地提供一种分子(TGF-b)就足以产生脑类器官。这种微小的变化产生了巨大的影响，使我们能够产生形状和身份更类似于人类大脑的类器官。”

　　脑类器官的3D视频显示，黄色为干细胞，洋红色为神经元。致谢:Benedetta Artegiani, Delilah Hendriks, Anna Pagliaro

　　儿童脑肿瘤研究的未来方向

　　儿童脑肿瘤可能源于不寻常或错误的发育过程，他们的研究可能受益于这些更好地概括早期胚胎发育机制的新模型。研究人员用来制造类器官的信号分子在儿童脑肿瘤中经常发生改变，这也表明幼儿癌症的发病可能与大脑发育的变化有关。现在，研究人员了解到时间梯度对于生成更精确的类器官非常重要，这项研究为开发越来越类似于发育中的人脑的类脑器官铺平了道路。

　　Artegiani:“我们可以使用这些新的类器官作为儿童脑肿瘤模型的基础，并更深入地研究TFG-b信号在这一过程中的作用。我们的研究标志着建立合适的模型来研究儿童脑癌迈出了重要的一步。如果信号分子的微小变化对脑类器官模型产生如此大的影响，我们只能开始想象发育过程中的微小变化对儿童脑肿瘤的发展产生何种影响。”

　　参考文献:2023年11月28日，《自然通讯》，“颞形态梯度驱动的神经诱导形成具有增强皮质同一性的单一3个扩展的神经上皮脑类器官”。DOI: 10.1038 / s41467 - 023 - 43141 - 1

　　本研究部分由NWO公开竞争M-grant资助。分享推特reddit电子邮件分享

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