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布魯克的成像技術(shù)推進(jìn)突破性的神經(jīng)研究
由Sergiu Pa?ca領(lǐng)導(dǎo)的斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)能夠使移植的細(xì)胞與發(fā)育中的大鼠組織一起生長(zhǎng)和分化,產(chǎn)生強(qiáng)大的細(xì)胞多樣性,并在整個(gè)大腦中建立有意義的功能連接。他們使用多種方法監(jiān)測(cè)這些hCO植入物的發(fā)展和功能。為了確認(rèn)植入物的位置和生長(zhǎng),他們使用布魯克BioSpec 7T MRI 系統(tǒng)對(duì)移植的大腦進(jìn)行成像。一旦hCO移植被確認(rèn)并生長(zhǎng),他們就可以用布魯克Ultima 2Pplus多光子顯微鏡測(cè)量這些現(xiàn)在完全整合的人類細(xì)胞的感覺反應(yīng)。使用這些方法結(jié)合電生理記錄和光遺傳刺激,他們證明了這些hCO移植與嚙齒動(dòng)物大腦的其他部分的真正電路整合。這為在電路水平上測(cè)量人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病奠定了基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)了突破。
![圖片](https://img61.chem17.com/9/20221110/638036979197744771198.jpg)
布魯克BioSpec 70/30
人類的神經(jīng)系統(tǒng)疾病是極為復(fù)雜,難以完全理解,因?yàn)樵S多并發(fā)癥是由電路層面的功能和整合問題引起的。由于我們只能以最不具侵入性的方式監(jiān)測(cè)活動(dòng),而且人腦的發(fā)育窗口很長(zhǎng),因此對(duì)人體的直接工作受到嚴(yán)重限制。患者衍生的培養(yǎng)細(xì)胞只能回答神經(jīng)元功能障礙的基本問題,因?yàn)樗鼈冇肋h(yuǎn)無法發(fā)育成功能齊全的電路。此外,其他動(dòng)物的疾病模型可能不會(huì)表達(dá)與人類相同的特定功能障礙,因此它們也是一個(gè)不完美的系統(tǒng)。
2015年,斯坦福大學(xué)的研究人員開始生成神經(jīng)組織的三維細(xì)胞簇,被稱為皮質(zhì)器官。這些器官作為一種體外分析人類疾病的方法很有前途,因?yàn)樗鼈儼l(fā)展成了分化的細(xì)胞類型(包括膠質(zhì)細(xì)胞)。它們還顯示出與體內(nèi)所見相似的活動(dòng)模式,因此,至少在局部水平上可以觀察到更多的電路級(jí)功能障礙。然而,人們一直要求使用這些干細(xì)胞衍生的器官來研究完全完整的神經(jīng)系統(tǒng)中的電路功能。
在這項(xiàng)最新研究中,他們終于能夠?qū)⑦@些器官移植到發(fā)育中的大鼠神經(jīng)系統(tǒng)中,讓人體組織充分分化和發(fā)育,與周圍的大鼠組織融合。為了進(jìn)一步評(píng)估植入物揭示與體內(nèi)已知病癥相關(guān)的表型變化的能力,Pa?ca的團(tuán)隊(duì)將健康細(xì)胞系的hCOs以及患有神經(jīng)發(fā)育疾病蒂莫西綜合癥(TS)的細(xì)胞植入大鼠體內(nèi)。TS細(xì)胞表現(xiàn)出樹突形態(tài)的改變,與其他方法觀察到的一致,表明這種方法對(duì)于檢查大腦功能和發(fā)育的遺傳性疾病是可行的。因此,現(xiàn)在可以在研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病的過程中實(shí)施一種體內(nèi)模型,該模型可以利用患者衍生的細(xì)胞與完全形成的神經(jīng)系統(tǒng)相結(jié)合。
參考文獻(xiàn):
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Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids (https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w)
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Human brain cells transplanted into rat brains hold promise for neuropsychiatric research (
https://med.stanford.edu/news/all-news/2022/10/human-rat-brain-neuron.html)