有了“培养皿中的大脑”，研究者们和神经系统疾病干起来了

神经系统疾病向来都是悄无声息地在人体内蔓延，而诺华的神经系统学家却通过在实验室培养人类大脑细胞而使它们无所遁形。

博士后研究人员马克思·萨里克从自己实验室的孵化器中拿出了一个培养皿，里面装着带有浅灰色漂浮物的深粉色液体。他小心翼翼地把培养皿放在显微镜下，并打开显微镜摄像头开始观察。其中一个团状漂浮物放大后闪现于一旁的显示器上。他继续拉近显微镜，这团东西看起来好似一个小型大脑。

在某种层面上说，它就是大脑。这个团状物其实是用人类细胞制作的仿器官结构微模型，可以模仿大脑灰质外层——大脑皮层的主要特性。

虽然它可能看起来并不起眼，但是这个“培养皿中的大脑”可能帮助研究者们在解密发育性和退行性大脑疾病时做出最佳预测，例如阿尔茨海默病、结节性硬化症和自闭症等，与此同时也可以通过它寻找治疗新方法。

肆虐的突变基因

萨里克所在的团队隶属诺华生物医学研究中心神经科学部门，致力于在培养皿中培养大脑。他们首先集中精力在结节性硬化症（TSC）的研究上，这是一种极具破坏性的遗传病，结节性硬化症联盟估计全世界有100万患者。TSC患者体内的TSC1 或 TSC2基因发生了突变，通常这两个基因会共同作用以在必要时抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）的促生长细胞信号通路。而在发生突变之后，它们便不能正常工作从而导致相关细胞在不适当的时机增殖。

萨里克说：“一旦患者的基因发生了突变就会影响全身器官增生，包括皮肤、肾脏、心脏和肺。但是最大的影响来自一种称为’结节’的良性脑肿瘤。”

这种结节的出现是因为神经元在发育过程中排列出错，这种排列错位会破坏正常的大脑机能。

萨里克解释道：“TSC患者会出现智力发育迟缓、癫痫、自闭症以及其他神经障碍疾病。这些大脑病症就是打破患者正常生活的最大元凶。”可是现在的药品虽然能够缩小结节但是不能矫正TSC患者所有的大脑缺陷。

类器官的起源

TSC和其它退行性或发育性脑部疾病给研究者出了一个难题 —— 在鲜活的大脑中观察其发展是几乎不可能的。但“培养皿中的大脑”可以让研究者们大大接近这个目标。

培养这个“大脑“的材料一定出乎你的意料——皮肤细胞。萨里克和他的老师阿贾梅特·凯卡斯在实验室里用生物重组技术把从TSC患者身上提取的皮肤细胞转化为诱导性多功能干细胞（iPS）。这种干细胞接近胚胎状态所以可以生长为身体中的任何一种细胞。由于这些细胞来自患者，所以它们携带了引发疾病的突变基因TSC1 或TSC2。

萨里克把蛋白质和小分子的混合物放到一个占满整个屋子的细胞培养机器中——这个机器被他亲切地称为“神经元工厂“——从而使这些诱导性多功能干细胞转化为神经细胞。萨里克也用这些从患者身上提取的细胞培植大脑类器官。

通过结合“培养皿中的大脑“和萨里克从非TSC人群体内提取出的细胞培育出的”健康大脑“，研究组成员们成功在实验室中再现了TCS在大脑中的发展途径。

小组负责人凯卡斯说：“类器官给我们提供了一个近乎活体的观察对象，使我们能够研究不同类型细胞之间的相互作用，没有哪种系统能够如此模拟人类大脑。“

【图片说明】特殊奥运会选手雷恩·格鲁夫是一名TSC患者，全世界有100万患者深受这种遗传性疾病的折磨。神经科学家们正在用“培养皿中的大脑“技术更好地了解TSC和其他神经性疾病。（布润特·斯特顿摄）

曙光初现

萨里克去年的工作主要集中在改良培植类器官的方法上，比如尽可能在大小和结构上和实体保持一致，但其实他已经发现了许多有趣的成果。

他说：“虽然只是初步成果，但在一些特殊时间节点，我们开始观察到TSC类器官发育中的变化，比如大小的不同——神经元偏大，分层也有变化，并且他们开始形成类似结节的部分。”

萨里克和凯卡斯希望能尽快观察到神经元在TSC“大脑”中大规模活动，他们也开始在拥有上百万种化合物的诺华药物研发库中寻找可行的疗法。

“如果可以证明大脑类器官和患者大脑内部活动相吻合，那么我们就可以对‘培养皿中的大脑’做临床前的药物测试，而非动物实验了。” 凯卡斯认真地说道。

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