布魯克的成像技術推進突破性的神經(jīng)研究
由Sergiu Pa?ca領導的斯坦福大學團隊能夠使移植的細胞與發(fā)育中的大鼠組織一起生長和分化,產(chǎn)生強大的細胞多樣性,,并在整個大腦中建立有意義的功能連接,。他們使用多種方法監(jiān)測這些hCO植入物的發(fā)展和功能。為了確認植入物的位置和生長,,他們使用布魯克BioSpec 7T MRI 系統(tǒng)對移植的大腦進行成像,。一旦hCO移植被確認并生長,,他們就可以用布魯克Ultima 2Pplus多光子顯微鏡測量這些現(xiàn)在完全整合的人類細胞的感覺反應,。使用這些方法結合電生理記錄和光遺傳刺激,他們證明了這些hCO移植與嚙齒動物大腦的其他部分的真正電路整合,。這為在電路水平上測量人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病奠定了基礎,,實現(xiàn)了突破,。

布魯克BioSpec 70/30
人類的神經(jīng)系統(tǒng)疾病是極為復雜,難以完全理解,,因為許多并發(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)測活動,而且人腦的發(fā)育窗口很長,,因此對人體的直接工作受到嚴重限制,。患者衍生的培養(yǎng)細胞只能回答神經(jīng)元功能障礙的基本問題,,因為它們永遠無法發(fā)育成功能齊全的電路,。此外,其他動物的疾病模型可能不會表達與人類相同的特定功能障礙,,因此它們也是一個不完美的系統(tǒng),。
2015年,斯坦福大學的研究人員開始生成神經(jīng)組織的三維細胞簇,,被稱為皮質器官,。這些器官作為一種體外分析人類疾病的方法很有前途,,因為它們發(fā)展成了分化的細胞類型(包括膠質細胞)。它們還顯示出與體內所見相似的活動模式,,因此,,至少在局部水平上可以觀察到更多的電路級功能障礙。然而,,人們一直要求使用這些干細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,。
在這項最新研究中,他們終于能夠將這些器官移植到發(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。為了進一步評估植入物揭示與體內已知病癥相關的表型變化的能力,,Pa?ca的團隊將健康細胞系的hCOs以及患有神經(jīng)發(fā)育疾病蒂莫西綜合癥(TS)的細胞植入大鼠體內,。TS細胞表現(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)疾病的過程中實施一種體內模型,,該模型可以利用患者衍生的細胞與完全形成的神經(jīng)系統(tǒng)相結合,。
參考文獻:
-
Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids (https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w)
-
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)