人类大脑移植细胞在老鼠的大脑对视觉刺激

宾夕法尼亚大学的研究人员的一项新研究发现,来自人体的大脑瀑样可以集成到老鼠大脑的视觉皮质。三个月后,瀑样证明电对视觉刺激的反应。该研究发表在细胞干细胞。

现代医学瀑样的效用

监管机构如美国食品和药物管理局(FDA)寻求动物实验阶段瀑样三维(3 d)细胞培养系统,有时被称为“mini-organs”——为临床前研究提供一个有吸引力的替代模型。现在,研究表明他们也可以支持努力修复大脑受伤后。

瀑样建模胚胎,肿瘤,各种不同的组织和器官已经生成,包括大脑。大脑瀑样创建用人类多能干细胞(hPSCs),这通常被嵌入到一个人造支架和培育。在培养过程中,特定生长因子和其他分子被添加到矩阵,导演hPSCs形成特定的大脑区域或神经细胞。成熟的大脑瀑样被视为“一个优秀的模式”为研究神经系统发育和神经系统疾病。

2022年,科学家领导的Sergiu Pasca教授斯坦福大学移植人类大脑瀑样成老鼠的大脑。虽然概念并不是小说,这项研究是创新的研究人员努力最大化瀑样的集成。他们的躯体感觉皮质移植到年轻的老鼠在产后3到7。在老鼠的生命的这个阶段,轴突预测从其他大脑区域还没有完成他们的躯体感觉皮质的创新。瀑样集成在72年81%的老鼠接受移植后2个月,甚至回应刺激老鼠的胡须。

“Pasca组的杰出工作,“艾萨克博士Han-Chiao陈、医生和宾夕法尼亚大学神经外科助理教授说。“他们瀑样注入非常年轻的老鼠的大脑没有受伤以外的针被插入交付瀑样。因此,它是一个很好的模型神经发育。”

超出了他们作为实验室模型,大脑瀑样也潜在的方法修复大脑损伤后,通过植入自体或patient-matched神经组织。陈的作者新的研究使用大脑瀑样开发一个模型的神经修复。他们想要探索来自人体的大脑瀑样是否可以融入一个老鼠大脑的受伤部位,生存和对刺激作出反应。

移植人类瀑样受伤的老鼠大脑

陈和他的同事们从hPSCs生成的前脑皮质瀑样,这是培养了80天之前被移植到46个成年老鼠的视觉皮层损伤腔。研究人员承认这段培养长于最之前的研究:“我们选择第80天瀑样主要是因为有更多的细胞类型的多样性和结构类似正常的大脑在这个年龄。同时,年纪大的瀑样是不可能移植后生长过度,这已被证明在年轻瀑样在一些之前的研究,“陈解释道。

瀑样决定植入到视觉皮层是归因于许多反应,大脑的这个区域表明视觉刺激。“这些层的反应让我们询问瀑样已经集成的程度与宿主的大脑,”陈说。”同时,当前协议产生神经元和大脑瀑样干细胞是偏向视觉皮层的命运。视觉皮层瀑样移植到视觉皮层有意义。”

“我们专注于成年动物损伤腔。成年人的大脑被认为是减少塑料和潜在的复苏,但我们的研究表明,瀑样大脑移植仍然可以与主机集成和采用复杂的视觉皮层功能,”陈说道。

评估集成和连接

移植物存活率是评估在动物1,2和3个月post-transplantation,分别测试在8日30和8的老鼠。3个月后,整体瀑样移植物的存活率是82.1%。组织学和其他形态分析的计算表明,瀑样血管,增加的规模和数量。

Transsynaptic跟踪方法是采用神经科学研究的组织——即神经元的传入和传出联系。,那些项目对一个中心点(如中枢神经)和那些项目走了(例如,外围)。这种方法使科学家能够分析主机和嫁接的神经元之间的连接快在一个更复杂的比以前的详细级别。

陈和他的同事使用荧光标记病毒评估瀑样和主机之间的突触连接老鼠的自己的脑细胞,揭示广泛的传出和传入的连接。”,将其中一个病毒示踪剂注入动物的眼睛,我们能够跟踪从视网膜神经元连接下游,”陈说道。“示踪剂有瀑样。”

“我们不希望看到这种程度的功能集成这么早,”陈说道。“有其他个体的细胞移植研究表明即使9或10个月后你人类神经元移植到一个啮齿动物,他们仍然没有完全成熟。”

移植人类瀑样对老鼠大脑的视觉刺激

接下来,使用在活的有机体内细胞外记录,陈和他的同事们的水平评估电活动瀑样嫁接在10内的神经元移植的老鼠,同时把它们暴露在闪光灯和黑白交替酒吧。“大约20%的瀑样神经元对视觉刺激,而~ 75%或老鼠的视觉皮层的神经元对视觉刺激的回应。我们没有量化的瀑样神经元数量回应光的方向,因为这是一个持续的-不是一个二进制变量,”描述了陈。

嫁接的研究者的目标是神经元功能尽可能正常的脑细胞。“因此,有较少的神经元反应比理想的光。了解如何改善这种反应率/集成是我们对未来的主要目标之一,”陈补充道。

团队把他们的理论水平研究“坚实的第一步”,但是他们承认它有一些局限性。他们评估了移植结果三个月后。其他的研究也表明,人类神经元的成熟来源于干细胞可以约~ 12个月或更长时间。“看时间点是我们感兴趣的是在未来,”陈说道。

“第二点,虽然愿望腔我们做了各种各样的脑损伤,这不是一个好的模型等条件的创伤性脑损伤和中风。我们想将我们的移植研究这些类型的模型在未来,”他补充道。

他们目前的工作,团队在追求瀑样的移植到其他区域的皮质。他们也感兴趣识别因素调节集成,这样可以控制流程甚至监管。

188金宝搏备用问陈是多么现实,神经组织,如瀑样,可以用来修复大脑损伤。“大脑的许多地方是高度结构化的重复单元。大脑皮层是这样的。功能单元称为“列”,被认为是处理的基本单位的皮层,”陈先生说,认为“修复大脑皮层在未来可能需要的形式插入额外的“工程皮质列”受伤的大脑来增加计算能力。”

艾萨克·陈博士Han-Chiao莫莉坎贝尔,高级科学技术网络作家。188金宝搏备用

参考:张Jgamadze D, Lim J, Z,等。人类前脑瀑样的结构和功能集成与受伤的成年大鼠视觉系统。细胞干细胞。2023年。doi:10.1016 / j.stem.2023.01.004。