據(jù)美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）報道，借助于干細胞，科學(xué)家已經(jīng)成功培育出跳動的心臟組織、氣管和膀胱。現(xiàn)在，奧地利科學(xué)家又在培育人體器官的道路上向前邁進了重要一步——利用干細胞這種可編程細胞培育出迷你大腦。確切地說，他們培育的是“大腦類器官”。這種只有豌豆大小的類器官構(gòu)成了人類大腦組織。借助于類器官，科學(xué)家能夠解答與大腦發(fā)育以及最初發(fā)育階段出現(xiàn)的紊亂有關(guān)的一系列重大疑問。

研究論文主執(zhí)筆人、奧地利科學(xué)院尤爾根-科諾布里奇表示，利用干細胞培育的迷你大腦并不是功能正常的大腦，就像是一輛發(fā)動機放在車頂或者車輪放在引擎罩上的汽車，無法駕駛。不過，這仍舊是一項重大科研成就。

科學(xué)家將他們培育的人造器官稱之為“大腦類器官”。這些只有豌豆大小的器官構(gòu)成了人類大腦組織。通過對大腦類器官進行研究，科學(xué)家能夠解答與大腦發(fā)育以及最初發(fā)育階段出現(xiàn)的紊亂有關(guān)的一系列重大疑問。研究發(fā)現(xiàn)刊登在《自然》雜志上。

研究論文主執(zhí)筆人、奧地利科學(xué)家、分析生物科技研究所研究員瑪?shù)蔓惸?蘭卡斯特在27日舉行的新聞發(fā)布會上指出，這些類器官的構(gòu)成與一個9周或者10周大的胚胎的大腦類似。研究中，蘭卡斯特和同事共培育了數(shù)百個類器官。在發(fā)育初期，人類大腦的一些主要區(qū)域以及類似中腦和后腦等區(qū)域已經(jīng)擁有可辨認的特征，包括背側(cè)皮層、腹側(cè)前腦以及產(chǎn)生腦脊髓液的脈絡(luò)叢。蘭卡斯特和同事指出他們在所培育的迷你大腦的同樣區(qū)域也發(fā)現(xiàn)了這些特征。

不過，這些區(qū)域無法像一個正常大腦一樣被自然而然地“植入”干細胞模型。蘭卡斯特說：“在正在發(fā)育的胚胎中，你會看到這些不同區(qū)域并非以同樣的方式組織?！鳖惼鞴偃鄙?周大人類胚胎大腦的一些確定特征，例如與運動有關(guān)的小腦。此外，在這種類似大腦的結(jié)構(gòu)中，科學(xué)家也極少發(fā)現(xiàn)對記憶至關(guān)重要的海馬狀突起。

研究人員利用人類胚胎干細胞和誘導(dǎo)性多功能干細胞進行這種研究。這兩種干細胞都有能力發(fā)育成身體的任何部位。不過，使用胚胎干細胞進行研究引發(fā)巨大爭議，原因在獲取干細胞的方式。從4天或5天大的胚胎上提取干細胞后，胚胎便被毀掉。使用誘導(dǎo)性多功能干細胞則沒有這種爭議，因為科學(xué)家通常利用皮膚細胞進行培育，采用一種“化學(xué)浴”將其轉(zhuǎn)化成類似一個發(fā)育中胚胎的狀態(tài)。

科諾布里奇指出利用胚胎干細胞和誘導(dǎo)性多功能干細胞培育的類器官并沒有明顯差異。研究人員發(fā)現(xiàn)他們培育的類器官具有可變性，一些他們希望研究的大腦區(qū)域并未在類器官中出現(xiàn)。蘭卡斯特通過使用生長因子（刺激細胞增殖的物質(zhì)）的方式引導(dǎo)一些類器官內(nèi)的區(qū)域發(fā)育。在嘗試讓迷你大腦生長出更多背側(cè)皮層時，她吃驚地發(fā)現(xiàn)人為干預(yù)下生長出的背側(cè)皮層數(shù)量不及自然發(fā)育。蘭卡斯特說：“我們認為不同區(qū)域之間的‘交流’——類器官不同大腦區(qū)域之間的通訊——對每一個個體區(qū)域的發(fā)育都至關(guān)重要?！?/p>

研究人員利用類器官這個模型對神經(jīng)發(fā)育疾病小頭畸形進行研究。他們最感興趣的大腦區(qū)域是背側(cè)皮層，這一區(qū)域最容易受這種疾病影響。研究人員利用一名患有遺傳性小頭畸形的患者身上提取的細胞培育一些類器官，而后將其與利用健康參與者的細胞培育的迷你大腦進行比較。在利用小頭畸形患者細胞培育的類器官中，轉(zhuǎn)化成神經(jīng)細胞的干細胞——這一過程被稱之為“分化”——數(shù)量超過利用健康參與者細胞培育的迷你大腦。波恩大學(xué)生命與大腦研究中心的奧利弗-布魯斯特指出這說明小頭畸形患者的神經(jīng)細胞過早分化，可能就是這種疾病背后的機制。

奧地利科學(xué)家進行的此項研究建立在其他研究基礎(chǔ)之上，其他研究嘗試對干細胞培育的大腦組織進行建模。2008年進行的一項研究指出，老鼠胚胎干細胞可以轉(zhuǎn)化成“神經(jīng)細胞波”。2012年進行的一項研究發(fā)現(xiàn)，能夠利用老鼠和人類的胚胎干細胞培育原始眼結(jié)構(gòu)和成層視網(wǎng)膜。研究論文作者指出他們并沒有培育完整尺寸人類大腦的計劃?？浦Z布里奇表示：“很明顯，我們的系統(tǒng)并不適于培育完整大腦。此外，這也不是我們的研究目標。利用干細胞培育具有意識的大腦結(jié)構(gòu)可能不具有可能性，同時也不是我們想要的。”

雖然培育類器官是向前邁進的重要一步，但研究人員距離為中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)回路進行建模仍有很長的一段路要走?？浦Z布里奇指出功能正常的神經(jīng)回路需要具備感覺輸入。根據(jù)一項經(jīng)典實驗，視皮層無法在沒有來自眼睛的感覺輸入情況下正常組織。

對于利用干細胞培育大腦結(jié)構(gòu)，而后用于取代患者受損部位的前景，科諾布里奇也持一種悲觀態(tài)度。大腦是一個異常復(fù)雜的器官，各區(qū)域之間聯(lián)系非常緊密，因此很難通過置換的方式修復(fù)任何特定部位。一種更具有發(fā)展前景的方式是，直接將干細胞植入患者大腦，讓它們自行組織。不過，這種研究的未來前景仍充滿不確定性。布魯斯特并沒有參與這項研究。他指出這是一項非常引人注目的研究，能夠為發(fā)育生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究提供重要工具。