不忍直视！《Cell Stem Cell》人工类大脑长出了一对“眼睛”

根据一项新的研究，人类诱导的多能干细胞（IPSC）可用于生成含有一种称为视杯的眼睛结构的大脑类器官。类器官从类大脑区域前部自发形成双侧对称的视杯，表明IPSC在高度复杂的生物学过程中具有内在的自我模式化能力。

　　

杜塞尔多夫大学医院的高级研究作者Jay Gopalakrishnan说:“我们的工作强调了大脑类器官产生原始感觉结构的显著能力，这种感觉结构是光敏的，并与体内发现的细胞类型类似。这些类器官可以帮助研究胚胎发育期间的脑-眼相互作用，为先天性视网膜疾病建模，并为个性化药物测试和移植治疗生成患者特定的视网膜细胞类型。”

人类大脑发育和疾病的许多方面都可以用多能干细胞衍生的3D脑器官来研究，这些器官可以产生体内所有类型的细胞。此前，研究人员曾利用人类胚胎干细胞制造出视觉杯，从而产生视网膜——眼睛后部的光敏组织层。另一项研究表明，光学杯状结构可以从诱导性多能干细胞中产生，诱导性多能干细胞来源于经过基因重编程回到胚胎样多能状态的成年细胞。

在过去，用多能干细胞生产视神经杯主要是为了产生纯视网膜。直到现在，视杯和其他3D视网膜结构还没有在功能上整合到脑器官中。

为了实现这一壮举，Gopalakrishnan和他的团队修改了他们之前开发的将诱导多能干细胞转化为神经组织的方案。人类大脑的类器官形成了视杯，最早在30天内出现，50天内成熟为可见结构。这个时间框架与人类胚胎视网膜发育的时间框架相吻合，可以使某些类型的发育神经生物学实验更有效。

通过来自4名iPSC捐赠者的16个独立批次，研究人员生成了314个脑类器官，其中72%形成了视神经杯，这表明该方法是可重复的。这些结构包含不同类型的视网膜细胞，这些细胞形成了对光线作出反应的电活性神经元网络。视杯大脑器官也包含晶状体和角膜组织，并显示出视网膜与大脑区域的连接。Gopalakrishnan说:“在哺乳动物的大脑中，视网膜神经节细胞的神经纤维向外延伸，与它们的大脑目标连接，这在体外系统中从未显示过。”

在未来的研究中，他们计划开发一种策略，使视神经杯能够长时间存活，利用它们来研究引起视网膜疾病的机制。

Elke Gabriel, Walid Albanna, Giovanni Pasquini, Anand Ramani, Natasa Josipovic, Aruljothi Mariappan, Friedrich Schinzel, Celeste M. Karch, Guobin Bao, Marco Gottardo, Ata Alp Suren, Jürgen Hescheler, Kerstin Nagel-Wolfrum, Veronica Persico, Silvio O. Rizzoli, Janine Altmüller, Maria Giovanna Riparbelli, Giuliano Callaini, Olivier Goureau, Argyris Papantonis, Volker Busskamp, Toni Schneider, Jay Gopalakrishnan. Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles. Cell Stem Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.stem.2021.07.010