類器官研究新進展
——人鼠大腦結合

■傅昭儀

從近代科學誕生以來，人類對于大腦的研究未曾斷絕，且始終處于生命科學的前沿領域。然而，大腦樣本的稀缺性和珍貴性限制了大腦體外研究的發展。近些年，科學家們利用胚胎干細胞、誘導多功能干細胞等人體干細胞成功在體外構建出大腦類器官。這類組織可以像正常的新生腦細胞那樣形成類似腦皮質的結構，甚至具有完整的神經細胞電生理活性。有了它，研究人員就可以在體外模擬人腦的早期發育和疾病。

不過，這種類器官也存在局限。體外生長的類器官缺少在真實有機體中存在的各種連接，這會限制類器官的成熟，讓它們無法與其他控制行為的神經環路整合，因而會影響類器官模擬具有遺傳復雜性和行為特征的神經疾病和精神疾病的能力。

10 月12 日，來自美國斯坦福大學的神經科學家帕斯卡團隊在國際頂級期刊《Nature》在線發表了關于大腦類器官的最新研究性文章，表明克服了上述障礙，取得了新的進展。

之前有研究試圖將人腦類器官植入成年大鼠的大腦，但這些細胞在植入后無法完全成熟。所以在本次研究中，研究人員將來自于人的多能干細胞經誘導分化為大腦皮質類器官后，原位移植于出生3 天～7 天的新生無胸腺大鼠的體感皮層中，構建了人鼠混合大腦類器官——t-hCO。這些幼鼠的免疫系統是具有缺陷的，因此移植的類器官不會遭到免疫排斥，而移植的時間點也非常關鍵，必須在大鼠的大腦神經回路沒有完全形成之前完成，這樣能夠給類器官提供發育的窗口。

研究員在移植2 個月～3 個月后對大鼠腦部進行MRI 成像，觀察t-hCO 的生長狀態。結果表明，移植后的t-hCO 在3 個月內體積增加了9 倍，移植12 個月后，移植動物存活率為74%。同時未檢測到運動或記憶缺陷、神經膠質增生等中樞神經系統異常現象。這說明與體外培養相比，大鼠體內確實能夠更好地支持人腦類器官發育成熟。

不僅如此，研究人員還通過實驗證明，來自類器官的神經元成功在大鼠大腦中建立了工作機制，和大鼠自身的神經回路整合到了一起。當觸碰老鼠的胡須時，其體感皮層中的人類細胞也會作出反應。

研究人員還特殊處理了一些人腦組織，使得單個神經元可以被特定頻率的藍光激活。被植入這些人腦組織的大鼠參與了一項新訓練：它們腦中被植入了超薄光纖，當這些光纖發出藍光時，它們就能在水龍頭里喝到水。結果顯示，這些大鼠學會了把藍光和喝水聯系起來。這表明植入的人腦細胞已經真正參與了大鼠大腦的工作，可以驅動大鼠的行為。

這次驚天動地的“人鼠大腦結合”為大腦神經退行性疾病研究和新藥開發提供了新的希望。在希望之外，這項研究也帶來了倫理擔憂。目前的“人鼠融合腦”遠不會讓老鼠擁有人類般的意識，被試驗大鼠也沒有出現行為異常，但如果技術繼續發展又會怎樣呢？