多能幹細胞生成帶“視杯”的類腦器官

科技日報北京8月18日電 （實習記者張佳欣）根據17日發表在國際著名幹細胞雜誌《細胞·幹細胞》上的一項研究，人類誘導的多能幹細胞（IPSCs）可以用來形成含有“視杯”（可形成視網膜）結構的類腦器官。該類器官自發地從類腦區域的前部發育出兩側對稱的“視杯”，證明了IPSCs在高度複雜的生物過程中的自我複製能力。

研究人員表示，這一發現突出了大腦類器官產生原始感官結構的非凡能力，這些結構對光敏感，並且擁有與人體細胞相似的細胞類型。

該類器官可以幫助研究胚胎髮育過程中的大腦和眼睛的相互作用，模擬先天性視網膜疾病，並生成用於個性化藥物測試和移植治療的患者特異性視網膜細胞類型。

人類大腦發育和疾病的許多方面都可以利用從多能幹細胞衍生的3D腦器官來研究，這種細胞可以分化成體內所有類型的細胞。

此前，研究人員使用人類胚胎幹細胞分化出“視杯”，“視杯”形成了視網膜。另一項研究表明，“視杯”狀結構可以從IPSCs中產生，這些IPSCs來自成年細胞，這些細胞已經被基因重新編程回到類似胚胎的多能性狀態。

過去，由多能幹細胞製造“視杯”的重點是生成純視網膜。在此項研究之前，“視杯”和其他3D視網膜結構還無法在功能上整合到大腦器官中。

為了實現這一目標，研究團隊修改了他們之前開發的將IPSCs轉化為神經組織的方案。人腦類器官如若形成“視杯”，最早在30天內出現，並在50天內成長為可見結構。這一時間框架與人類胚胎中視網膜發育的時間框架相似。

研究人員從IPSCs供體中生成了314個大腦類器官，其中72%的類器官形成了“視杯”。這些結構包含不同類型的視網膜細胞，它們形成了對光有反應的電活性神經元網絡。“視杯”大腦類器官還含有晶狀體和角膜組織，並顯示出視網膜與大腦區域的連接。

研究人員表示：“在哺乳動物的大腦中，視網膜神經節細胞的神經纖維向外延伸，與它們的大腦目標相連，這在體外系統中從未出現過。”

未來，研究人員計劃開發出“視杯”長期保持活力的策略，利用它們來研究導致視網膜疾病的機制。