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公司新闻
Nature 重磅： 3D 人类皮层类器官（hCO) 与在体鼠脑的成功融合！- MedChemExpress
点击次数：303发布时间：2022/11/28
图 1. DishBrain 系统和实验方案示意图[1]
图 2. DishBrain 中的神经细胞阵列正在工作[2]
不同颜色标志着不同类型的神经细胞及其组成成分。图片来源:皮质实验室
对于 “脑” 的研究，前进的脚步从未停止，上述研究让 #首次证明人脑细胞在体外也有智力#、#人脑细胞在培养皿中打游戏# 等词条一度火上微博热搜。
就在前几天，Nature 于 10 月 12 日在线发表的题为 Maturation ａnd circuit integration of transplanted human cortical organoids 的*新研究性文章，更是打开 “脑” 研究的新纪元。
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关于 “人鼠融合脑”
hCSs 在培养皿中 (体外) 大概长下面这样~
成功移植人类皮质球体 (hCS) 至鼠脑
小 M 偷偷感叹：大制作啊，且不说技术牛轰轰，光是实验造模的时间都体现出了对科研的热爱~
a. 实验设计原理图。b. 移植2个月后 S1 区 t-hCO 的 MRI 图像。c. hiPS 细胞系移植成功率的量化。
d. 3 个月后的冠状位 MRI 图像。
t-hCO 的细胞结构和细胞组成
移植成功的 t-hCO 的细胞组成具体是什么呢？体内生长的 t-hCO 又与体外的 t-hCO 有何不同？
免疫染色结果显示 IBA1 的染色 (小胶质细胞) 充满整个移植物，此外 t-hCO 中不仅存在大鼠小胶质细胞 (图 5a)，还存在皮质祖细胞、神经元、神经胶质细胞以及少突胶质祖细胞。研究者们还确定了 t-hCO 中主要表达皮质细胞类别的簇，包括深层和表层谷氨酸能神经元、循环祖细胞等细胞 (图 5b)。差异基因表达分析结果还发现 t-hCO 神经元成熟相关的基因组的上调 (例如突触信号传导、树突定位和电压门控通道活性) (图 5c)。
小知识：谷氨酸能神经元是一类能释放兴奋性递质谷氨酸 (Glutamate) 到突触间隙，产生兴奋性突触后电流的神经元。中枢神经系统中重要的兴奋性神经元。
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t-hCO 适用于揭示人类疾病
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t-hCO 在大鼠体内的成功融合
图 8. 移植的 hCO 接收与感觉相关的输入[4]
a. Rabies-tracing 实验示意图。b. t-hCO 和大鼠皮层之间的 GFP 和人 STEM121 表达。c. GFP 表达细胞的定量。d-e. t-hCO 中 Netrin G1+ 丘脑末端。f-g. 大鼠 S1 或者内囊电刺激后 t-hCO 神经元的电流痕迹。
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t-hCO 激活大鼠神经元以驱动大鼠寻求奖励的行为
那么，t-hCO 是否可以在活体环境下被感官刺激激活？***惊险的部分来了！
为了研究了 t-hCO 是否可以激活大鼠的神经电路来驱动行为，研究者将表达 hChR2-EYFP 的 hCO 移植到 S1 中，将光纤植入 t-hCO 中进行光传输。然后，对大鼠进行改良的操作性条件反射范式训练 (图 9a)。将动物放入行为测试室并随机交错呈现蓝色和红色激光刺激。如果动物在蓝光刺激期间舔舐，动物会获得水奖励，但如果它们在红光刺激期间舔舐则不会。
在训练的天，无论是蓝光还是红光刺激，动物的舔舐行为都没有差异。然而，在第 15 天！大鼠学会了把蓝光刺激和喝水联系了起来。移植了表达 hChR2-EYFP 的 hCO 的动物在蓝光刺激期间表现出更多的舔舐。移植了表达对照荧光团的 hCO 的对照动物中未观察到这些舔行为的变化 (学习成功率：hChR2 89%，EYFP 0%，图 9b-e)。这表明植入的人脑类器官已经真正参与了大鼠大脑的工作，t-hCO 细胞可以激活大鼠神经元以驱动寻求奖励的行为。
图 9. 移植的 hCO 在大鼠神经元上
建立功能性连接并调节行为[4]
a. 行为任务的示意图。b. 实验动物在训练第 1/15 天的表现 (红蓝光试验累积舔舐次数)。c-d. 移植 t-hCO 表达 hChR2-EYFP 荧光团的的行为表现。e. 偏好评分的演化。
这项研究建立了人脑类器官与实验动物连接的新模型，与单纯的体外培养或构造动物疾病模型相比相比，利用老鼠脑内环境培育的人类器官更能还原疾病环境、更贴合实际疾病的情况，这让后续模拟实验变得更准确，进而帮助人们研究与治疗自闭症等神经类疾病。
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参考文献
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1. Brett J Kagan, Andy C Kitchen, Nhi T Tran, et al. In vitro neurons learn ａnd exhibit sentience when embodied in a simulated game-world. Neuron. 2022 Sep 20; S0896-6273(22)00806-6.
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