《自然生物技術》解密:懷孕最早期,人類大腦是如何發育的……

2021-01-09 中國生物技術網

大約7周的人胚胎被胎盤包圍的圖像。圖片來源：UNSW

對人類大腦早期發育的研究一直存在諸多障礙，因為研究人員還無法在妊娠最早期階段接觸到人胚胎腦組織。因此，目前幾乎所有關於大腦最早期發育的知識都是基於對果蠅和小鼠的研究。

然而，人腦的組成與動物的存在很大差異。因此，人腦發育的這一時期一直被視為神經學的黑匣子。

現在，黑匣子有望被「破譯」了。

北京時間5月26日，發表在《Nature Biotechnology（自然生物技術）》上的一項新研究中，來自瑞典隆德大學的研究團隊開發出一種新的用於大腦研究的早期胚胎模型，以了解胚胎發育過程中不同的大腦區域是如何形成的，並提供了對人腦發育的獨特見解。

為了開發針對神經系統疾病（如帕金森氏症、癲癇和中風）的幹細胞療法，研究人員必須要首先了解人腦在胚胎階段是如何發育的，以及神經細胞在不同發育階段是如何形成的，這將有助於更快地開發新的幹細胞療法。

研究通訊作者、隆德大學Wallenberg分子醫學中心和實驗醫學系研究員Agnete Kirkeby說：「我們的挑戰在於人腦中有幾千種不同的神經細胞亞型，每種疾病我們都需要能夠產生準確類型的神經細胞。」

研究大腦發育過程中每個神經細胞在胚胎中的形成，對於研究人員了解如何在實驗室中製造這些特定的細胞至關重要。

為此，Agnete的團隊與哥本哈根大學的同事以及隆德大學工程學院的生物工程師一起，開發了一個通過使用幹細胞來模擬人腦早期發育階段的模型。

該研究第一作者、哥本哈根大學神經科學系助理教授Pedro Rifes說：「我們知道，在胚胎早期，大腦會受到各種濃度生長因子的影響，會導致不同腦區的形成。通過使用微流控技術，我們可以在極為可控的條件下重建早期胚胎發育中的環境。當我們將幹細胞暴露在該環境中時，可以創造出包含彼此相鄰的不同腦區的組織，類似於受精後大約4到5周的胚胎大腦。這一階段在學術界至今還沒有研究報導。」

Kirkeby解釋道：「我們先從一小群細胞開始，這些細胞將形成大腦，並通過暴露於特定生長因子(WNT)的信號梯度來指導細胞，從而形成大腦的不同區域。我們的模型比以前發表的模型更好，因為它的可重複性更高，包含更多的腦區。我們現在可以用它來研究人類大腦早期發育過程中的未知特徵。」

圖片來源：Nature Biotechnology

Kirkeby認為，這一新的方法可以用來研究胚胎早期的腦細胞在日常生活中是如何對我們周圍的某些化學物質作出反應的。

她說：「這是幹細胞研究向前邁出的重要一步。我們現在第一次可以接觸到類似於早期胚胎大腦的組織，因此可以用以前不可能的方式研究大腦發育背後的過程。例如，我們可以用它來測試環境中的化學物質對胚胎大腦發育的影響。」

Kirkeby表示，未來的另一個目標是利用這個模型來繪製一幅完整的人腦發育圖。這將有助於加快開發新的神經系統疾病幹細胞療法。

Kirkeby總結道：「一旦我們有了這張發育圖，我們將能在實驗室裡更好地製造出可用於移植、再生治療和研究大腦功能以及不同疾病狀態的人類神經細胞。我們花了10年時間通過反覆地試驗，研發出治療帕金森氏症的幹細胞療法。我們現在的目標是，未來在其他疾病療法的研發中加快這一過程。」

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41587-020-0525-0

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