科学家在3D文化系统中生长人脑组织

整个有机体的横截面。

通过使用一种修改既定方法以产生所谓的神经外胚层的新方法，科学家能够在三维培养系统中生长人脑组织。

复杂的人脑组织已成功开发在奥地利实验室的三维培养系统中。目前的性质问题描述的方法允许多能干细胞发展成脑细胞体 - 或“迷你大脑” - 包括几个离散的脑区。而不是使用所谓的图案化生长因素来实现这一目标，而是奥地利科学院（OEAW）的着名分子生物技术（IMBA）的科学家（OEAW）微调增长条件，并提供了有利环境。结果，来自干细胞的内在提示引导了对不同相互依赖的脑组织的发育。使用“迷你大脑”，科学家们还能够建模人类神经元疾病的发展，并确定其起源 - 开放通行路线，长期希望为人类脑的模型系统。

人脑的发展仍然是生物学中最伟大的奥秘之一。源自简单的组织，它发展成了人类已知的最复杂的自然结构。对人脑发展和相关人类疾病的研究非常困难，因为迄今为止没有科学家成功地建立了整个发展大脑的三维培养模型。现在，奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的Jürgenknoblich博士的研究小组已经改变了这一点。

脑大小很重要

从已建立的人胚胎干细胞系和诱导多能干（IPS）细胞开始，该基团鉴定了将干细胞分化为几种脑组织的生长条件。在使用培养基的神经元感应和分化的同时，该组能够避免使用图案化生长因子条件，这通常施用，以便产生来自干细胞的特定细胞同一性。Knoblich博士解释了新方法：“我们修饰了一种既定的方法，以产生所谓的神经分区，一种细胞层，神经系统源于该细胞层。然后将该组织的片段保持在3D培养物中，并嵌入在特定凝胶的液滴中，该凝胶提供了用于复杂组织生长的支架。为了增强营养吸收，我们后来将凝胶液滴转移到纺丝生物反应器中。在三到四周内形成了脑区域。“

在15-20天后，所谓的“脑细胞器”形成，由连续组织（神经脑卒中）组成，这些组织（神经脑卒中）围绕填充的腔，这些腔呈现出脑室的填充腔。经过20-30天，患有脑皮质，视网膜，脑膜以及脉络丛，包括脑皮层，患有脑皮层的脑区。两个月后，迷你大脑达到最大尺寸，但它们可以在纺纱生物反应器中无限期地生存（目前最长10个月）。然而，进一步的增长并未实现，最有可能由于缺乏循环系统，因此缺乏迷你大脑的核心缺乏营养和氧气。

有机体（右）对发育大脑（左，显示的小鼠脑的截面）的比较。

微型骨髓在迷你大脑

新方法还提供了建立人脑障碍模型系统的巨大潜力。迫切需要这种模型，因为常用的动物模型具有显着较低的复杂性，并且通常不会充分重新承载人类疾病。Knoblich的小组现已表明，通过分析微微术病的人类遗传症，迷你大脑作为人类模型系统提供了很大的潜力，其中脑规模明显减少。通过从患者的皮肤组织产生IPS细胞，科学家能够生长受这种疾病影响的迷你大脑。正如预期的那样，患者衍生的有机体增长到较小的尺寸。进一步的分析导致了令人惊讶的发现：虽然神经脑卒中的较小的迷你大脑不受紊乱，但可以观察到增加的神经元过剩。这导致假设中，在微微术患者的脑部发育中，神经分化过早地发生在茎和祖细胞的费用，否则会导致大脑规模更明显的生长。进一步的实验还揭示了干细胞遍布疾病可能是因果的方向的变化。

“除了新见解的潜力进入人脑疾病的发展，迷你大脑也会对药品和化学工业感兴趣，”博士A.兰开斯特，团队成员和发表第一作者解释道。“它们允许对脑缺损和其他神经元疾病进行测试。此外，它们将能够分析特定化学品对脑发展的影响。“

出版物：Madeline A. Lancaster等人，“脑有机体模型人脑发育和微型术，”自然，2013; DOI：10.1038 / Nature12517

图像：分子生物技术研究所