[生物产业]打造迷你器官

发布日期:2014-01-08

在实验室的培养皿里,多能干细胞(pluripotent stem cells)正在热火朝天地忙碌着。它们分化成为了一大团乱七八糟的组织,其中包括跳动的心肌细胞、神经元细胞,甚至还有头发和牙齿等。科学家们还是很难让这些多能干细胞“听话”,分化成某一种特定的组织,和有一定组织结构的器官。不过科学家们在今年取得了突破,他们在实验室里培育出了各种类器官(organoid),包括肝脏、肾脏以及最引人注目的人类未发育大脑(rudimentary human brains)

这种迷你人体大脑是由奥地利的科学家培育的,这种大脑在很多重要的方面都与真实的人类大脑有很大的不同。由于这种实验室大脑缺乏血液供应,所以当它们长到苹果核大小时就会停止发育。位于核心部位的细胞会因为缺乏氧气和营养物质而坏死。不过这种脑组织却能够很好地模拟大脑的发育过程,比如眼组织的发育等,而且在显微镜下的脑组织切片也与早期胎儿脑组织切片非常相似。

之前已经有科学家利用干细胞成功的培育出迷你的肠道组织,受此鼓舞,科研人员们又开始利用人体胚胎干细胞和诱导多能干细胞培育神经干细胞(neural stem cell)。然后将这些神经干细胞混悬在Matrigel胶里,放置在旋转式生物反应培养箱里继续生长。

几个星期之后,让科研人员们大感意外的是,他们在培养瓶里发现了深色的色素细胞(pigmented cell),这些细胞看起来和眼组织早期发育时的情况一模一样。经过仔细的观察,科研人员们发现,这种类器官脑组织结构已经发育出了可辨认的前脑、中脑和后脑等胎儿大脑的典型结构。科研人员们还发现了外脑室下区(outer subventricular zone)这种人类大脑才有,而小鼠大脑没有的脑组织结构。

这种迷你大脑组织已经为小头畸型(microcephaly,这是大脑不能发育、生长到足够大小的一种畸形)研究提供了帮助。有科研人员提取了小头畸型患者的细胞,并且重编程获得了该患者的iPS细胞,结果发现这种iPS细胞培育出的脑类器官组织要比普通的迷你脑组织更小,因为这种源自小头畸型患者的干细胞在很早的时候就会停止分裂。科学家们希望这种迷你脑组织能够帮助他们对更多的大脑疾病开展研究。