人鼠混腦出現了！史丹佛大學7年研究登Nature

本文經AI新媒體量子位元（公眾號ID:QbitAI）授權轉載，轉載請聯絡來源。

來自人類的類腦器官，現已在科學家手中和老鼠大腦成功結合。

並且是碰碰老鼠鬍鬚，這些腦細胞能正常做出反應的那種。

這項來自史丹佛的研究結果，發表在最新一期Nature上。

這種「人鼠混合大腦」的結合程度有多深？

用通訊作者、史丹佛神經科學家帕斯卡（Sergiu Pasca）自己的話說：

就像是在電路上加入了新的電晶體。

這究竟是怎麼一回事？

將人的類腦組織融入大鼠大腦

要說清楚這件事，還得從類器官講起。

類器官是利用胚胎幹細胞、誘導多功能幹細胞等人體幹細胞培養所得的細胞集合。

近年來，類器官一直是神經科學領域的一大學術熱點，原因是這種三維微器官包含其代表器官的一些關鍵特性，可以用來體外模擬人類的發育和疾病。

換句話說，借助類器官，科學家可以在培養皿裡直接觀察到腎臟、腸道，甚至大腦的各種結構，來探索背後的神經機制。

方便歸方便，但類器官也存在不少限制。

例如，類腦器官雖然能模仿人類大腦，但卻很難像真實大腦那樣建立神經連接，也無法與控制行為的其他神經迴路整合在一起。

史丹佛大學的研究人員們，旨在突破這項限制。

他們的實驗方案是：

首先，用人類幹細胞培養出類似大腦皮質的類腦結構。

然後，將其移植到剛出生2-3天的無胸腺大鼠的大腦體感皮質之中。大鼠的這個腦區會接收來自鬍鬚和其他感覺器官的訊號，並傳遞給其他大腦區域。

參與實驗的新生鼠數約為100隻。而它們被植入類腦器官的部位都一致，以便科學家能更好地對其發育情況進行監控。

一開始，這些人類腦組織大約只有5mm長，但6個月之後，它們佔據了大鼠大腦半球的1/3。

而這些人腦組織之所以能夠生長，是因為大鼠的內皮細胞很快就進入其中，形成了血管。血管為人體細胞提供了營養和信號物質，並帶走代謝廢物。

研究者也觀察到，大鼠大腦中的常駐免疫細胞也出現在了移植的人腦組織中。

不僅如此，實驗結果顯示，來自類器官的神經元成功在大鼠大腦中建立了工作機制，和大鼠自身的神經迴路整合到了一起。

也就是說，這些人腦組織已經和大鼠大腦混合，成為了它的一部分！

到了這個時候，研究者發現，觸碰老鼠的鬍鬚，其體感皮質中的人類細胞也會作出反應。

此外，研究人員也特別處理了一些人類腦組織，使得單一神經元可以被特定頻率的藍光活化。

被植入這些人腦組織的大鼠，參與了一項新的訓練：它們腦中被植入了超薄光纖，當這些光纖發出藍光時，它們就能在水龍頭裡喝到水。

結果顯示，這些大鼠學會了把藍光和喝水連結起來。這表明植入的人類腦細胞已經真正參與了大鼠大腦的工作。

值得注意的是，研究人員提到，移植到大鼠腦中的類腦器官，在形態和功能上比體外培養的類腦器官更為複雜。

有何意義？

科學家表示，希望透過這樣的實驗來進一步探索人類的神經退化性疾病和精神疾病等，然後開發出一些行之有效的新藥物。

我們平常常聽到的癲癇、老年癡呆症、帕金森氏綜合徵，還有肌萎縮性側索硬化症等，都屬於神經退化性疾病。

為了深入了解神經相關疾病患者的腦組織活動狀況，這項研究共持續了7年。

在其中一項實驗中，研究者把由提摩西症候群（Timothy Syndrome，TS）患者的幹細胞培養出的類腦器官植入了老鼠大腦的一側，並在另一次植入健康人的類腦器官來作對比。

（ 蒂莫西症候群是一種罕見遺傳疾病，患者容易心率失常）

在植入老鼠體內五到六個月後，他們觀察發現，生病細胞會更小，參與的電活動與健康腦細胞截然不同。

而且TS神經元末端的樹突形態發生了明顯改變。

進一步分析發現，在相似的分化階段，大鼠腦中的TS t-hCO的樹突分支模式異常，而在體外培養的TS t-hCO的樹突分支則沒有表現出這種情況。

研究者指出，大鼠腦中的分支模式異常，與他們先前關於這種疾病的研究結果一致。

由此可見，透過將類人腦植入大鼠體內來揭示疾病表型，效果相當不錯。

總的來說，這項研究引起了不少生物和醫學界人士的關注。

英國劍橋醫學研究委員會成員瑪德琳‧蘭卡斯特（Madeline A. Lancaster）評論道：

本研究整體頗具進步意義，為了解腦細胞功能障礙的疾病提供了一種新方法。

值得注意的是，這項研究也引發了新的倫理問題，外界擔憂這些「人 其他生物雜交體」會嚴重損害動物福利，甚至搞出「鼠人」來。

不過其實目前看來，沒有發生什麼大問題，老鼠也沒有因為植入類人腦而變得更聰明。

美國國家科學、工程和醫學研究院去年發布的一份報告指出：「源自人類的類腦器官仍然太原始，無法形成意識或人類智力。」

本文通訊作者帕斯卡教授則表示，從他們的實驗過程和結果來看，大鼠對人體的類腦器官耐受性很好，移植沒有造成癲癇等問題。

儘管如此，學界還是不乏質疑的聲音。

美國國家科學院小組成員Arlotta就持不同看法，她覺得隨著科學的發展，很可能會有新問題產生。

她表示，「人類器官與其他生物體結合」的話題應持續關注，絕不能只討論一次就不管了。

尤其對猴子、猩猩等靈長類動物來說，它們與人類更相似，所以人類的類腦器官很可能在它們體內發育得更成熟，對動物行為產生更大影響。

對此，帕斯卡教授稱，他們之後不會進行此類研究，也不鼓勵其他人做這樣的研究。

另外，也有研究人員指出了這項研究的局限性：

雖然把「迷你人腦」植入大鼠體內的結果，比先前其他動物實驗更好，但由於存在時空和跨物種限制等，即使在發育早期階段移植，也無法形成高還原性的人類神經迴路。

UCLA的生醫學和乾細胞研究中心成員Bennett Novitch也評估：

使用植入人類腦組織的大鼠來測試藥物，對小型研究來說可行，但對製藥公司來說仍不可行，因為需要速度和規模。

研究團隊

進行本研究的團隊來自史丹佛大學精神病學和行為科學系，以及比較醫學系。

共同一作為：Omer Revah，Felicity Gore，和Kevin W. Kelly。

Omer Revah，希伯來大學生理學和計算神經科學博士，博士畢業後前往史丹佛大學精神病學和行為科學系擔任博士後研究人員，現任希伯來大學獸醫學院助理教授。

Felicity Gore，現在史丹佛大學生物工程系從事研究工作。

Kevin W. Kelly，目前在史丹佛精神病學和行為科學系從事神經科學和基因組學的研究工作。

通訊作者帕斯卡（Sergiu Pasca），現任史丹佛大學精神病學和行為科學系教授。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w

##參考連結：##[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x

[2]https://www.washingtonpost.com/science/2022/10/12/brain-tissue-rats-stanford/#

以上是人鼠混腦出現了！史丹佛大學7年研究登Nature的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！