与复杂的神经活动发达的大脑瀑样

以利并研究人员广泛的加州大学洛杉矶分校的再生医学和干细胞研究中心开发了大脑瀑样- 3 d类人脑结构从人类干细胞——显示组织的活动中发现的类似人类的大脑。

然后,在研究瀑样从干细胞来自患者的神经紊乱症,此病,科学家们能够观察到的脑电活动模式类似癫痫,这种情况的一个特点。

这项研究发表在《自然神经科学》,扩大了大脑的条件,可以在瀑样学习,进一步说明了这些人类细胞模型的价值在调查疾病的根本原因和测试潜在的治疗方法。

“这项工作表明,我们可以让瀑样,像真正的人类大脑组织,可以用来准确地复制人类大脑功能和疾病的某些特性,”贝内特Novitch说,广泛的干细胞研究中心的成员和该研究的资深作者。

在过去的十年中,研究人员发现如何从一个人的身体细胞,如皮肤或血液细胞,诱导在实验室成为诱导多能干细胞,这些细胞或“诱导多能性”细胞,然后直接形成体内发现的任何类型的细胞,包括神经元。科学家们现在甚至可以鼓励“诱导多能性”细胞聚集成三维形式,创造瀑样,看起来更像小型人体器官比细胞扁平的菜。

推进使得科学家研究一个人的细胞可能不同于常态,并进行实验,不可能生活在人类操纵肾细胞的基因,或使用肺瀑样研究COVID-19感染和损害肺部,例如。

然而,当涉及到人类的大脑,创建一个瀑样,模拟器官的结构复杂性是特别具有挑战性的。让细胞组织像他们会在人类的大脑是战争的一部分。

细胞还必须相互连接和功能类似于人脑神经元会。健康的人类大脑细胞不仅发送电子信号在整个大脑刺激的反应,但也有协调的活动称为神经振荡或脑电波。不同的脑电波模式与特定的活动——学习或者睡觉,例如,异常在这些模式可以是一个疾病的迹象。

“许多神经系统疾病,你可以有可怕的症状但是大脑身体看起来很好,”博士说Ranmal萨马拉辛哈,广泛的干细胞研究中心的一员,该论文的第一作者。“所以能够对这些疾病寻求问题的答案,这是非常重要的,在瀑样我们可以模型不仅大脑的结构函数。”

生产一批后大脑瀑样来自健康人的皮肤细胞,Novitch,萨马拉辛哈和他的同事们在加州大学洛杉矶分校的智力和发育障碍研究中心用两种不同的方法来研究内的电活动模式,分别涉及将探针插入瀑样测量大脑活动,其他看大脑细胞在显微镜下操作。

他们收集的信息是类似于数据科学家通常会在脑部扫描发现称为测量或脑电图。分析显示多个种类的神经振荡。

“我没有预期的振荡模式的范围,我们将看到“Novitch说,同时也是加州大学洛杉矶分校的埃塞尔Scheibel神经科学教授。“通过学习如何控制振荡模式瀑样展品,我们也许能够最终模型不同的大脑状态。”

接下来,团队开发了大脑瀑样利用Rett综合症患者的细胞,遗传障碍与学习拖延,重复动作和癫痫发作。虽然瀑样正常出现在结构和组织,他们的神经振荡异常:他们缺乏的各种振动non-Rett瀑样。相反,但瀑样快,无组织的活动像临床医生看到Rett综合症及相关障碍患者的脑电图。

当Novitch和萨马拉辛哈治疗但瀑样实验药物称为Pifithrin-alpha, seizure-associated活动模式消失,瀑样的神经活动变得更加正常。

使用瀑样研究脑部疾病仍将是有限的,因为瀑样不要复制人脑的方方面面——他们缺乏血管,例如,他们像在早期发展的大脑,而不是成人的大脑。但加州大学洛杉矶分校的研究表明,他们可以被用来测试一个广泛的大脑功能,疾病和药物无法研究大脑细胞培养皿中。

“这是第一个药物测试的具体例子行动在大脑瀑样,”萨马拉辛哈说,世卫组织还在神经病学助理教授。“我们希望作为垫脚石更好的理解人类大脑生物学和疾病。”

参考:起初我,萨马拉辛哈RA,米兰达OA, et al .识别的神经振荡和癫痫样的人类大脑的变化瀑样。Nat >。2021:1-13。doi:10.1038 / s41593 - 021 - 00906 - 5

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