在實驗室中培育已知宇宙中最複雜的結構聽起來似乎是一項不可能的任務,但這並沒有阻止科學家嘗試。
經過多年的努力,英國的研究人員現在已經培養了迄今為止最複雜的微型培養皿大腦之一,而且它的行為實際上有點奇怪。
灰色的斑點是組成的大約有 200 萬個有組織的神經元,與 12 至 13 週時的人類胎兒大腦相似。 在這個階段,這個所謂的“大腦”類器官」 還不夠複雜,無法有任何想法、感受或意識- 但這並不意味著它完全惰性。
當將這種豌豆大小的無實體人類腦細胞放在一塊小鼠脊髓和一塊小鼠肌肉組織旁邊時,它會發出長長的探測卷鬚來檢查它的新鄰居。
使用長期活體顯微鏡,研究人員能夠觀察到迷你大腦自發性地與附近的脊髓和肌肉組織連接。
「我們喜歡將它們視為移動中的迷你大腦,」醫學研究委員會分子生物學實驗室的神經科學家馬德琳·蘭卡斯特說告訴 守護者。
移動並不是他們唯一的技能。 這些迷你大腦也是第一個啟動肌肉運動的樣本,就像我們大腦中的運動神經元一樣。
在迷你大腦的控制下,研究人員注意到可見且受控的肌肉收縮。 更重要的是,透過短暫刺激其中一個軸突束,研究小組可以引發自身強勁且有組織的肌肉收縮。
「共培養 2-3 週後,可以看到來自[類器官]的密集軸突束支配小鼠脊髓,並且在人類突出的軸突和小鼠脊髓神經元之間可以看到突觸,」作者寫。
“小鼠肌肉組織的即時成像顯示出不規則週期性的零星協調肌肉收縮。”
(醫學研究委員會)
腦類器官是我們了解人類大腦發育和疾病的一些最佳工具,但將它們培養到某個階段之後是具有挑戰性的。
如今,大多數大腦類器官都是從人類身上培養出來的幹細胞,它們自發性地組織成早期大腦發育所需的結構和層。
問題是,一旦這個簇達到一定的大小,中間就會失去營養和氧氣,並且不再有用。
目前的研究是最早克服這項限制的研究之一。 透過將類器官切片並將其放置在多孔膜上,研究人員確保它們的迷你大腦能夠同時利用上方的空氣並吸收下方的營養物質,在盤子中放置一年後仍保持健康。
然而,儘管這些迷你大腦比以往任何時候都更加複雜,但它們仍然非常小,並且遠遠沒有達到人類自然大腦的全部複雜性。
儘管如此,作者希望他們的新方法的成功將使我們能夠比以往更詳細地模擬腦部疾病。
「例如,」作者寫”,“它為研究胼胝體的神經發育狀況、癲癇中發現的神經元迴路失衡以及其他被認為連接性發揮作用的缺陷打開了大門,例如自閉症和精神分裂症」。
這項研究發表於自然神經科學。