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应用3D大脑类器官研究人类神经发育和疾病

2021-01-02唐晓艳张馨月徐敏刘妍

科学 2021年6期

唐晓艳 张馨月 徐敏 刘妍

很多人对医疗事业的未来,都存在这样一种憧憬:当身上的组织器官出现问题时,人们可以在体外培养新鲜健康的相同组织器官用于移植。其实在当下,类器官的出现就是这种技术的成果体现。

类器官模型是在模式动物模型不能完全代替人体模型,且人体实验和流产胚胎存在伦理限制的情况下出现的。早在1965—1985年,科研工作者就已经使用“类器官”来研究发育生物学,但当时的“类器官”只是因为其形态类似器官被冠以此名。直至多能干细胞学科的兴起,才使类器官“名副其实”,真正拥有类似器官的功能和结构。

人多能干细胞(包括胚胎干细胞和诱导性多能干细胞)在特定诱导条件下可分化为体内任意一种细胞或组织类型。随着近年来干细胞领域的不断发展,类器官技术应运而生。类器官是指利用人体干细胞或者由器官特异性祖细胞,在三维环境中培养出类似于器官的组织,具有自我更新和自我组织的能力。类器官的发展是从肠类器官培养系统开始的。2009年,研究者将小鼠肠道干细胞放置在凝胶基质中生长,用以模拟组织的细胞外基质微环境,结果发现这些干细胞最终形成了表面有孔、内部有类似肠道绒毛和隐窝的球状结构[1]。随着类器官培养技术的不断发展,目前已培育出人的肠、视网膜、大脑、肝脏和肾类器官。

传统模拟神经系统疾病的方法是从人多能干细胞中分化得到神经元。这是一种2D培养体系,该体系分化得到的细胞无法模拟人类大脑3D空间的内环境,也无法反映出3D层面细胞间的相互作用,所以3D培养体系应运而生。……

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