像世界上许多其他国家一样,麻省理工学院皮克尔学习与记忆研究所的Mriganka Sur教授实验室采用了脑部类器官(“ minibrains”)的年轻技术,用于研究人类大脑在健康和疾病中的发育。通过在复杂组织培养物的生长过程中对常见实践做出令人惊讶的发现,实验室不仅提供了可以使技术更好的新指导,还提供了对普遍酶在自然大脑发育中的重要作用的新见解。
为了制作类器官,科学家从供体中获取皮肤细胞,使其诱导成为干细胞,然后在生物反应器中对其进行培养,并通过添加生长因子和其他化学物质来指导其发展。在数周的过程中,干细胞成为祖细胞,这些祖细胞繁殖后又继续分化为神经元或其他脑细胞类型。一路上,细胞还会在不断增长的斑点内迁移,从而取代它们的位置,形成基本的大脑结构和电路。
因此,类器官的美丽之处在于,当培养物中的细胞一起生长和发育时,它们模拟了当真正的大脑成形时发生的许多基本过程。当细胞供体具有导致疾病的基因时,从其细胞生长的类器官将复制潜在的疾病特征。Sur实验室使用类器官来研究Rett综合征的大脑异常发育,这是一种具有基因基础的毁灭性自闭症样疾病。
在生长类器官的实验室中,一种常见的做法是通过添加一种名为CHIR 99021的小分子化学物质来抑制一种普遍存在的天然酶(称为GSK3-β)的活性,从而提高细胞的生存能力。由Picower FellowChloéDelépine领导的研究小组在PLOS ONE的一项新研究中证实,尽管不同剂量的CHIR 99021确实可以使细胞存活,但它们对类器官的生长具有相反的影响-低剂量会促进类器官的生长,但高剂量会限制其生长并且非常高剂量将完全停止它。单单这些信息就对使用不同剂量的CHIR 99021的实验室产生了明显的影响,但是由于Delépine的团队调查了这些生长效应的发生方式,因此它也有助于弄清GSK3-beta活性在大脑发育过程中会受到什么影响。
这是一个重要的问题。例如,其他研究小组表明,大脑中涉及GSK3-β的信号传导通路中的扰动与精神分裂症和自闭症有关。新的发现模拟了不同程度的抑制作用如何影响发育。
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