人脑细胞能在老鼠体内继续生长 还能感受到老鼠的感觉

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研究人员表示，被称为“类脑器官”的人类细胞团块可以长成数以百万计的新神经元，并与新宿主的神经系统相连。将这些器官植入到老鼠脑中后，这些动物可以利用胡须接收感官信号，并帮助产生指令信号来引导它们的行为。

领导这项研究的神经学家塞尔吉奥·帕斯卡博士（Sergiu Pasca）说，他和同事们现在正在利用移植的人类神经元来了解自闭症、精神分裂症和其他发育障碍的生物学基础。他补充称：“要想解决这些疾病的生物学问题，我们需要更复杂的人脑模型。”

2009年，在罗马尼亚接受医学培训后，帕斯卡博士加入斯坦福大学担任博士后研究员，学习如何在培养皿中创造人类神经元。他和同事从志愿者身上提取皮肤细胞，并将它们放在特殊的化学物质中，以促使它们改变性状特征。这些皮肤细胞会变得更像胚胎细胞，可以发育为体内的任何组织。

随着更多化学物质的加入，研究人员诱使细胞发育成神经元。然后，他们观察到，当神经元被置于培养皿中时，电压脉冲会沿神经元长度发射。帕斯卡博士等人再次进行了同样的实验，这次使用的是蒂莫西综合征患者的皮肤细胞。这是一种罕见的自闭症，由单一突变引起。这种突变不仅会导致严重的心脏问题，还会损及语言和社交技能。

在培养皿中培养蒂莫西综合症神经元，帕斯卡博士可以看到它们与典型神经元之间的许多差异。例如，它们产生了额外数量的信号化学物质，如多巴胺。但对单个细胞的检查只能揭示关于这种疾病有限的线索。帕斯卡博士怀疑，通过研究连接在一起的数千个神经元（即类脑器官），他可以了解更多东西。

一种新的化学配方使帕斯卡博士能够模拟发育中大脑的内部情况。被置于这种培养液中，皮肤细胞会发育成祖细胞，最后发育成大脑外层被称为皮层的神经元缠结。在后来的研究中，帕斯卡博士及其同事连接了三个类脑器官，它们分别由皮质、脊髓以及肌肉细胞构成。研究显示，刺激皮质器官可使肌肉细胞收缩。

但类脑器官绝非微型大脑。首先，它们的神经元仍然发育迟缓。其次，它们不像活体大脑中的神经元那样活跃。帕斯卡博士说：“很明显，这些模型仍有很多局限性。”

有鉴于此，科学家们开始将类脑器官植入活体大脑中，他们在理论上认为培养皿限制了类脑器官的发育。2018年，神经学家弗雷德·盖奇（Fred Gage）及其在索尔克生物研究所的同事将类脑器官移植到成年老鼠的大脑中。随着老鼠大脑为人类神经元提供养分，这些神经元继续发育。

从那时起，盖奇博士和其他研究人员将类脑器官植入老鼠的大脑后部，该区域用来感知眼睛发出的信号。6月份发表在网上的一项尚未经过同行评审的研究显示，当老鼠看到脉冲白光闪烁时，人体类脑器官神经元的反应方式与老鼠自己的细胞大致相同。

帕斯卡博士及其团队也在进行类器官移植研究，但他们选择将其移植到幼年老鼠身上。在小老鼠出生一两天后，科学家将类脑器官注射到老鼠大脑中名为体感皮质的区域，该区域负责处理来自全身的触摸、疼痛和其他信号。在老鼠身上，该区域对胡须发出的信号特别敏感。

人类神经元在老鼠大脑中继续发育，直到它们的数量达到300万个，约占老鼠大脑一侧皮质的三分之一。结果显示，类脑器官中每个细胞生长的时间是培养皿中的6倍，这些细胞也变得和人脑中的神经元一样活跃。

更值得关注的是，这些类器官自发地连接到老鼠大脑中。它们不仅与附近的神经元相连，而且还与远处的神经元相连。这些连接使得人类神经元对老鼠的感官非常敏感。当研究人员向老鼠的胡须吹气时，其体内的人类神经元会发出激烈反应。

帕斯卡博士等人还利用室内的饮水机进行了实验，以了解类脑器官如何影响大鼠的行为。经过15天的训练，这些老鼠学会了新的技能：当体内类脑器官受到刺激时，它们可以从喷泉里喝到水。这些人体类脑器官显然是在向老鼠大脑中寻找奖赏的区域发送信息。

当然，这些物种混合实验也带来了许多伦理问题。在这项研究开始之前，帕斯卡博士咨询了斯坦福大学法律与生物科学中心的专家，他们希望他特别关注动物的痛苦和福祉。斯坦福大学法学教授亨利·格里利（Henry Greely）说：“你担心的不仅仅是笼子里有多少只老鼠，或者它们吃得有多好。这是全新的东西，你自己甚至都不知道可能会看到什么结果。”

帕斯卡博士的团队没有发现任何证据表明，这些老鼠经历了疼痛，更容易癫痫发作，失去了记忆，或者失去了对运动的控制。他说：“事实证明，这些老鼠对人体类脑器官的耐受性非常好。”

尽管没有参与这项新研究，但南加州大学神经生物学家乔治·夸德拉托（Giorgia Quadrato）指出，人体类脑器官的植入并没有让老鼠变得更像人类。例如，在学习测试中，它们的得分并不比其他老鼠高。夸德拉托补充说：“它们是老鼠，器官植入后依然是老鼠。从伦理的角度来看，这应该让人感到放心。”

但是，如果科学家将人体类脑器官植入其他近亲物种体内，比如猴子或黑猩猩，这可能会引发严重后果。夸德拉托博士称：“这将是一个很好的机会来帮助制定指导方针，以便未来在正确的伦理框架内运行。”

帕斯卡博士表示，灵长类动物和人类之间的相似性可能会让类脑器官发育得更成熟，并对动物的行为产生更大影响。但他说：“我们不会进行这样的研究，也不鼓励其他人这样做。”

相反，他正在使用植入老鼠体内的类脑器官来研究神经疾病。在一项实验中，帕斯卡博士的团队将来自蒂莫西综合征患者的类脑器官植入了大鼠大脑的一侧，并将另一种没有突变的类脑器官植入了另一侧。

这两种类器官都在老鼠体内继续生长。但是，来自蒂莫西综合征患者类器官上的神经元发育出了两倍的分支（即树突）用于接收传入信号。更重要的是，这些树枝状物较短。

帕斯卡博士希望，当老鼠被植入自闭症和其他神经系统疾病患者的类脑器官时，他能够观察到它们行为方式的差异。这样的实验可能有助于揭示某些突变改变大脑的工作方式。

宾夕法尼亚大学的神经外科医生、类器官移植研究员艾萨克·陈博士（Isaac Chen）没有参与这项研究，但他在这项新研究中看到了另一种可能性：帮助修复人类大脑的损伤。

陈博士设想，利用皮质受损患者的皮肤细胞培育类脑器官，然后将其注射到患者的大脑中，类脑器官最终可能会继续生长并与健康的神经元连接。他说：“这样的想法肯定已经存在。问题在于，我们如何实现它？”（小小）