移植到大鼠體內的一小塊人腦組織剛剛通過了通往治愈嚴重腦損傷新方法的道路上的一個重要里程碑。
移植的人類迷你大腦不僅與周圍的大鼠腦組織整合——類器官中的神經元開始對視覺刺激做出反應：黑白圖像和燈光照進大鼠的眼睛。
這發生在三個月的時間內。
“我們沒想到會這麼早看到這種程度的功能整合，”賓夕法尼亞大學的內科醫生和神經外科醫生 H. Isaac Chen 說。
“還有其他關於單個細胞移植的研究表明，即使在將人類神經元移植到囓齒動物體內 9 或 10 個月後，它們仍未完全成熟。”
將人類大腦的一部分（在這種情況下稱為皮質類器官）拼接到囓齒動物的大腦中正變得越來越複雜。首先，它是單個神經元；最近，科學家們成功地將人類皮層類器官移植到幼鼠和成年小鼠的大腦中，這些大腦與周圍組織結合併顯示出功能跡象。
現在，陳和他的團隊採取了下一步行動：將人腦組織移植到皮質損傷嚴重的成年大鼠體內，看看它們是否也能表現出功能整合。
“我們不僅專注於移植單個細胞，還專注於移植組織，”陳說。
“大腦類器官具有結構；它們具有類似於大腦的結構。我們能夠觀察這種結構中的單個神經元，以更深入地了解移植類器官的整合。”
為了培養人類迷你大腦，研究人員使用經過基因改造的誘導多能幹細胞來表達綠色熒光蛋白。
誘導性多能幹細胞是由成體幹細胞通過逆向工程轉化為類胚胎未分化狀態而產生的；也就是說，它們可以發育成許多不同類型的細胞。綠色熒光蛋白賦予類器官發熒光的能力。
這些幹細胞在大約 80 天的過程中長成人類神經元，發育成小型類器官。培養出類器官後，研究人員開始將它們移植到 10 只成年雄性大鼠的大腦中。
研究人員首先在每隻老鼠的大腦中創建了一個與類器官大小相當的空腔，大約 2 毫米寬；這個空腔代表嚴重的腦損傷。一旦空腔形成，類器官就會被插入，縫合老鼠，讓它們癒合。
為了觀察類器官在癒合後如何與大腦結合，研究人員向老鼠的眼睛注射了熒光標記的病毒，這些病毒會沿著它們的突觸傳播。然後他們能夠追踪從大鼠視網膜到大腦移植類器官的神經元連接。
然後，當向老鼠展示閃爍的燈光和由交替的黑白條組成的圖像時，研究人員使用電極來研究類器官內的活動。大約 25% 的人類神經元對光刺激有反應。
“我們看到類器官中的大量神經元對特定方向的光做出反應，這為我們提供了證據，證明這些類器官神經元不僅能夠與視覺系統整合，而且能夠採用非常特定的視覺功能皮質，”陳說。
由於防止大鼠身體排斥人體組織所需的免疫抑制的局限性，該實驗被限制在三個月內。在實驗結束時，大鼠被安樂死。
因為這麼短的時間，人類的神經元可能還沒有完全成熟。研究人員說，這可以解釋為什麼神經元的反應性不高。
然而，結果顯示了這方面調查的希望，可用於設計和改進未來的實驗。該團隊建議使用基因免疫抑制的囓齒動物進行長期研究。
“神經組織有可能重建受損大腦區域，”陳說。
“我們還沒有解決所有問題，但這是非常堅實的第一步。現在，我們想了解如何將類器官用於皮層的其他區域，而不僅僅是視覺皮層，我們想了解其中的規則指導類器官神經元如何與大腦整合，以便我們能夠更好地控制該過程並使其更快發生。”
該研究已發表在Cell Stem Cell上。
