科学家们利用人类胎儿脑组织开发出可在体外自组织的 3D 微型器官。这些实验室培养的类器官开辟了研究大脑如何发育的全新方法。它们还为研究与大脑发育相关的疾病(包括脑肿瘤)的发展和治疗提供了宝贵的手段。

科学家们在实验室中使用不同的方法来模拟健康组织和疾病的生物学。其中包括细胞系、实验动物以及近年来的 3D 微型器官。这些所谓的类器官具有一定的特征和一定程度的复杂性，使科学家能够在实验室中对器官的功能进行精密建模。类器官可以直接由组织细胞形成。科学家还可以“引导”胚胎或某些成人组织中发现的干细胞发育成他们想要研究的器官。

到目前为止，大脑类器官是在实验室中通过诱导胚胎或多能干细胞生长成代表大脑不同区域的结构来培养的。他们将尝试使用特定的分子鸡尾酒来模仿大脑的自然发育——每种鸡尾酒的“配方”都需要大量的研究来开发。

现在，位于荷兰乌得勒支的马克西玛公主儿科肿瘤中心和胡布雷希特研究所的科学家们直接从人类胎儿脑组织中开发出脑类器官。该研究今天(周一)发表在著名的《细胞》杂志上，并由荷兰研究委员会提供部分资助。

由 Delilah Hendriks 博士、Hans Clevers 教授和 Benedetta Artegiani 博士领导的研究人员惊讶地发现，使用小块胎儿脑组织而不是单个细胞对于生长迷你大脑至关重要。为了培育肠道等其他微型器官，科学家通常将原始组织分解为单个细胞。研究小组发现，这些碎片可以自组织成类器官，而不是研究胎儿脑组织的小碎片。

大脑类器官大约有米粒大小。该组织的 3D 组成很复杂，并且包含许多不同类型的脑细胞。重要的是，大脑类器官含有许多所谓的外放射状胶质细胞——一种在人类和我们的进化祖先中发现的细胞类型。这强调了类器官与人类大脑的密切相似性以及在研究中的用途。

整个脑组织还产生构成细胞外基质的蛋白质——一种细胞周围的“支架”。研究小组认为，这些蛋白质可能是脑组织碎片能够自组织成 3D 大脑结构的原因。类器官中细胞外基质的存在将有助于进一步研究脑细胞的环境，以及当出现问题时会发生什么。

研究人员发现，组织来源的类器官保留了它们所来源的大脑特定区域的各种特征。他们对已知在大脑发育中发挥重要作用的信号分子做出反应。这一发现表明，组织来源的类器官可以在解开参与指导大脑发育的复杂分子网络方面发挥重要作用。

鉴于组织源性类器官具有快速扩展的能力，研究小组接下来研究了它们在脑癌建模中的潜力。研究人员使用基因编辑技术 CRISPR-Cas9 在类器官的少数细胞中引入了众所周知的癌症基因 TP53 的缺陷。三个月后，类器官中具有缺陷的 TP53 细胞完全超过了健康细胞，这意味着它们获得了生长优势，这是癌细胞的典型特征。

然后，他们使用 CRISPR-Cas9 关闭与脑肿瘤、胶质母细胞瘤相关的三个基因：TP53、PTEN 和 NF1。研究人员还使用这些突变类器官来观察它们对现有抗癌药物的反应。这些实验显示了类器官在癌症药物研究中将某些药物与特定基因突变联系起来的潜力。

组织来源的类器官在培养皿中持续生长六个月以上。重要的是，科学家们可以繁殖它们，使他们能够从一个组织样本中培育出许多类似的类器官。具有胶质母细胞瘤基因变化的微型肿瘤也能够繁殖，并保持相同的突变组合。这一功能意味着科学家可以利用组织来源的类器官进行重复实验，从而提高研究结果的可靠性。

接下来，研究人员的目标是进一步探索新的组织源性脑类器官的潜力。他们还计划继续与已经参与这项研究的生物伦理学家合作，以指导新大脑类器官的未来开发和应用。