这意味着 , 使用这种技术 , 科学家们或许能为多种神经发育障碍创造新的活体模型 , 在某些自闭症谱系障碍研究中实现突破 。 这些模型对于神经科学实验室研究与当前的动物模型一样实用 , 但能更好地模拟人类疾病 , 因为它们由功能性神经回路中的真实人类细胞组成 。 研究人员表示 , 最直接的应用将涉及对自闭症、癫痫、精神分裂症和智力障碍等疾病的研究 。
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从神经嵌合体到胚胎嵌合体
除了将人脑细胞移入动物脑内的神经嵌合脑组织外 , 另一种在活体动物中研究人类大脑发育的方法 , 是将人类组分添加到处于发育的最早期阶段的另一动物胚胎中 。 一些研究团队试图制造人-动物嵌合胚胎来研究器官发育 , 以期有一天制造出用于移植的器官 。
其中一种制造方法是将人类干细胞添加到受精后仅数天的动物胚胎中 , 此时这些胚胎仅是处于细胞分裂中的小细胞球 。 科学家们已经在啮齿动物、牲畜 , 以及与人类亲缘关系更为密切的猴子中进行了尝试 。
2019年 , 据西班牙《国家报》等外媒报道 , 西班牙生物化学家、加州Salk研究所基因表达实验室教授JuanCarlosIzpisuaBelmonte主导的一项研究已经造出了人-猴混合胚胎 。 研究者首先使猴子胚胎中器官发育所需的基因失去活性 , 然后注入人体干细胞 , 最后在猴子胚胎中发育人体器官 。 14天大的人猴胚胎已经准备发育出中枢神经 , 引发了巨大的伦理争议 , 在外界施加的压力下 , 团队紧急叫停了计划 。
2021年 , 昆明理工大学和加州索尔克生物研究所基因表达实验室等机构联合发布的研究中 , 研究人员通过将人类干细胞注射到猴子胚胎中来生成嵌合体 , 然后在实验室培养皿中进行培育 。 与以往使用其他动物胚胎的实验相比 , 人类干细胞在猴子胚胎中存活的时间更长 。
150个猴胚被创建六天后 , 每个胚胎都被注射了25个人类干细胞 。 24小时后 , 研究者可在132个胚胎中检测到人类细胞;10天后 , 仍有103个嵌合体胚胎在发育 。 随后存活率开始下降 , 直到第19天 , 只有三个嵌合体还活着 。 这项实验成功表明 , 人类细胞可以在猴子的胚胎中存活并增殖 , 且数量相对较多 。
另一种制造可移植器官的方法 , 则是在一种称为囊胚互补的方法中 , 研究人员们使用一种称为囊胚的稍晚阶段的胚胎 , 在其中引入一些基因突变来阻止它形成某个特定器官 , 例如胰腺 。 然后 , 他们从另一只动物身上取出可以产生该器官的干细胞 , 并将之注入囊胚 。
干细胞生物学家中内启光的研究团队已经使用囊胚互补技术在大鼠胚胎中培养出了小鼠胰腺 。 中内启光表示:“某种意义上说 , 我们正在使用胚胎作为生物反应器 , 因为这些胚胎应该‘懂得’如何生成器官” 。
不过 , 动物囊胚究竟能否在携带人类胰腺、肾脏或大脑区域的同时做到正常发育 , 一直是一个悬而未决的问题 。 加州大学旧金山分校的分子生物学家BjoernSchwer认为 , 当人类细胞从一开始就混入胚胎时 , 生命体往往无法正常发育;但在为某种器官或组织创造出了特定的微环境时 , 可以使人类细胞更易于促成生命体的发育 。
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研究需求与伦理挑战
不过 , 不管是神经嵌合体还是胚胎嵌合体 , 都已经跨越了我们曾经的认知界限 , 并引起社会公众的担忧 。
不可否认 , 类器官足够复杂 , 可以成为了解许多人脑问题的好方法 。 对于大脑研究来说 , 神经类器官可以在体外探索人类发育进程与疾病原理 。 从器官移植角度来说 , 世界卫生组织(WHO)估计 , 现在每年进行的13万例器官移植手术仅占实际需求的10% , 而可用器官极为短缺 。 研究人员希望在与人类器官大小、生理和解剖结构相似的猪组织中培养人类细胞能够缓解这一问题 。
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