给老鼠移植人脑组织，美国造出“人鼠融合脑”

健康

2022-10-13 12:10

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也有人提出，“人+动物嵌合体”会严重损害动物福利，甚至搞出“半人兽”

撰文 | 燕小六

美国斯坦福大学的研究人员养了一群特别的小鼠。

培训15天，它们就掌握一门技能：研究人员一摁激光，其大脑里有一片区域就亮了。然后，小鼠会蹦蹦跳跳地凑到一个水龙头下面，探出头、张开嘴、喝水。

乍看之下，这和普通的神经科学研究没啥两样：使用光刺激神经，令实验动物做出反应。

但事实上，这种发出信号并支配小鼠运动的神经元，是利用人类干细胞培育出的类脑组织，被植入小鼠的大脑体感皮层中。据STAT描述，这是利用人源类组织成功创造的“跨物种整合大脑”。

这种整合有多紧密？最新一期《自然》发表相关研究称，类脑组织会在鼠脑中不断增殖，还能和鼠脑融合，想鼠脑所想，感鼠脑所感。

图片说明：在实验鼠大脑中，用荧光蛋白基因标记的人源类脑组织。/Stanford Medicine

跨物种整合，怎么做到的？

最近10年，用人源干细胞分化、培育类脑组织，是个热门的研究方向。

这类组织可以像正常的新生脑细胞那样，形成类似脑皮质的结构，甚至具有完整的神经细胞电生理活性。有了它，研究人员可以在体外模拟人脑早期发育和疾病。

但过往，此类研究存在一些局限：第一，类脑组织长到几毫米大时，会因为养分不足而停止生长。第二，体外生长的类脑组织缺少与真实有机体的各种连接，无法整合到其他控制行为的神经环路中。第三，使用成年鼠移植，会错过大脑早期发育的关键数据，也可能无法形成足量神经连接。

斯坦福这支研究团队试过多种培养环境，最长一次养到800多天。但养出来的类脑组织，远远落后于真实大脑的发育情况。

在本次《自然》刊文中，斯坦福团队实现了自我突破：他们选对了“培养环境”，采用100只出生仅2-3天的幼鼠，大脑发育程度与人类婴儿相当。

研究人员利用人类皮肤细胞，培育出长度约5mm的人源类脑组织，并植入实验鼠的大脑体感皮层。这个大脑区域负责接收、反馈胡须等感觉器官信号。

几周后，研究观察到，实验鼠的内皮细胞长进类脑组织中，形成血管，为后者提供营养，并带走代谢废物。

再接着，类脑组织长出数以百万计的神经元，轴突向外，和实验鼠的神经环路融合，并深深扎进丘脑——这一区域负责传递触觉和温度等信号。

植入6个月后，类脑组织占据小鼠一侧大脑皮层的1/3，每个细胞都异常活跃。研究还观察到，类脑组织中出现实验鼠的免疫细胞。

更引人注目的是，类脑组织和鼠脑融合后，能对外部刺激做出反应。对着实验鼠的胡须吹气，类脑组织会出现活动迹象，说明其感受到刺激。

图片说明：斯坦福大学研究通讯作者Sergiu Pasca。/Stanford Medicine

建立新模型，为人类疾病研究做贡献

在斯坦福团队之前，还有一些研究者在“跨物种融合”方面有所突破。

成绩夺目的当属美国索尔克生物研究所。2018年，该所给成年鼠大脑移植类脑组织。移植14天后，类脑组织几乎都长出复杂、完整的血管。移植后12周左右，八成实验鼠的脑内长出“融合”神经，其中包含人脑皮层特有的星状胶质细胞、神经干细胞等。

这批成年鼠的“跨物种融合脑”也具有功能。照白光时，其类脑组织会做出反应。

诸多分析指出，前述研究为建立“人类啮齿动物嵌合体模型”做出贡献。科学界利用嵌合体模型，更好地了解人脑发育过程，探究神经元发育异常对神经退行性疾病和精神疾病等影响，开发出行之有效的新药。未来，还可能出现人类+动物+器官的其他嵌合体模型。

斯坦福大学团队已经迈出关键性一步。

研究人员提取蒂莫西综合征（Timothy Syndrome）患者的干细胞，培养出类脑组织，植入实验鼠的一侧大脑内。团队还设置了对照组，即给实验鼠植入源于健康人的类脑组织。

移植5-6个月后，相较于对照鼠，实验组小鼠的脑子被发现具有两个特点：第一，电活动存在明显差异。第二，神经元也小得多，神经元末端的树突分支模式异常。

斯坦福的这一研究引起生物和医学界人士广泛关注。在各种褒奖声中，也有人提出，“人+动物嵌合体”会严重损害动物福利，甚至搞出“半人兽”。

研究通讯作者、Sergiu Pasca教授表示，从实验过程和结果看，实验鼠们对人源类脑组织的耐受性很好，没有因为植入而变得更聪明，也没有因此感到疼痛、易发癫痫、失去记忆或无法控制自身动作等。

2021年，美国国家科学、工程和医学研究院发布报告指出：“源自人类的类脑组织太原始，无法形成意识或人类智力。”

但如果把人源组织植入人类的近亲，比如猴子或黑猩猩中，情况就不一样了。

Sergiu Pasca教授称，灵长目动物和人类存在物种相似性，人源类器官植入可能对动物心理产生更大影响。“我们不会做这个研究，也不鼓励这么做。”

参考资料：

[1]Human‘mini-brains’implanted in rats prompt excitement—and concern.Nature.doi.org/10.1038/d41586-022-03238-x

[2]Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids.Nature.610,319–326(2022).doi.org/10.1038/s41586-022-05277-w

[3]Human brain cells transplanted into rat brains hold promise for neuropsychiatric research.Stanford Medicine

[4]Human neurons implanted in a rodent’s brain lead a rat to water—and make it drink.STAT

[5]Human Brain Cells Grow in Rats,and Feel What the Rats Feel.The New York Times

来源：医学界

校对：臧恒佳

责编：田栋梁

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来源: qq

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