實驗室培養的迷你大腦幹細胞科學家在 2021 年發表的一篇引人入勝的論文中報告說，眼睛會自發性地發展出基本的結構。
微小的人類大腦類器官在培養皿中生長時，觀察到兩個兩側對稱的視杯正在生長，這反映了人類胚胎中眼睛結構的發育。 這一令人難以置信的結果可以幫助我們更好地了解眼睛分化和發育的過程以及眼部疾病。
“我們的工作強調了大腦類器官產生原始感覺結構的非凡能力，這些結構對光敏感，並含有與體內發現的細胞類型相似的細胞類型，”神經科學家 Jay Gopalakrishnan 說德國杜塞爾多夫大學醫院在 2021 年的聲明中。
「這些類器官可以幫助研究胚胎髮育過程中的腦眼相互作用，模擬先天性視網膜疾病，並生成患者特異性的視網膜細胞類型，用於個性化藥物測試和移植治療。”
大腦類器官並不是真正的大腦，正如你可能想像的那樣。 它們是由誘導多能幹細胞生長而成的小型三維結構，誘導多能幹細胞是從成年人身上採集的細胞，並透過逆向工程轉化為幹細胞，有可能生長成許多不同類型的組織。
在這種情況下，這些幹細胞被誘導生長成腦組織團塊，沒有任何類似想法、情緒或意識。 這種「迷你大腦」用於研究目的，在這些研究中使用真實的活體大腦是不可能的，或者至少在倫理上是棘手的——例如測試藥物反應，或觀察某些不利條件下的細胞發育。
這一次，戈帕拉克里希南和他的同事試圖觀察眼睛的發育。
在先前的研究中，其他科學家使用胚胎幹細胞來培養視杯，這種結構可以發育成幾乎整個眼球在胚胎發育過程中。 其他研究已經從誘導多能幹細胞中發展出視杯狀結構。
Gopalakrishnan 的團隊並沒有直接培養這些結構，而是想看看它們是否可以作為大腦類器官的一個組成部分來培養。 這將增加觀察兩種類型的組織如何一起生長的好處，而不是僅僅單獨生長光學結構。
研究人員表示：“眼睛發育是一個複雜的過程，了解它可以為早期視網膜疾病的分子基礎奠定基礎。”在他們的論文中寫道。
“因此，研究視神經泡至關重要，視神經泡是眼睛的原基，其近端附著在前腦上，這對於眼睛的正常形成至關重要。”
先前開發類器官的工作顯示了視網膜細胞的證據，但這些細胞並沒有發展出光學結構，因此團隊改變了他們的方案。
他們並沒有試圖在神經分化的早期階段強制純神經細胞的發育，而是在培養基中添加了視黃醇醋酸酯作為眼睛發育的輔助劑。
他們精心照料的嬰兒大腦早在發育 30 天時就形成了視杯，50 天時結構清晰可見。 這與人類胚胎眼睛發育的時間，這意味著這些類器官可用於研究此過程的複雜性。
還有其他影響。 視杯包含不同類型的視網膜細胞，這些細胞組織成對光做出反應的神經網絡，甚至包含晶狀體和角膜組織。 最後，這些結構顯示出視網膜與腦組織區域的連結性。
「在哺乳動物的大腦中，視網膜神經節細胞的神經纖維伸出來與它們的大腦目標連接，這是以前在體外系統中從未顯示過的一個方面，」戈帕拉克里希南 說。
而且它是可重現的。 在團隊培養的 314 個大腦類器官中，73% 發育出視杯。 研究人員表示，團隊希望制定策略，使這些結構在更長的時間範圍內保持可行，以便進行具有巨大潛力的更深入的研究。
他們說：“可以開發出顯示高度專業化神經元細胞類型的含有視神經泡的大腦類器官，為生成用於移植的個性化類器官和視網膜色素上皮片鋪平了道路。”在他們的論文中寫道。
“我們相信，[這些]是下一代類器官，有助於模擬早期神經發育障礙引起的視網膜病變。”
該研究發表於細胞幹細胞。
本文首次發佈於 2021 年 8 月。
