多能干细胞生成带“视杯”的类脑器官

根据17日发表在国际著名干细胞杂志《细胞·干细胞》上的一项研究，人类诱导的多能干细胞（IPSCs）可以用来形成含有“视杯”（可形成视网膜）结构的类脑器官。该类器官自发地从类脑区域的前部发育出两侧对称的“视杯”，证明了IPSCs在高度复杂的生物过程中的自我复制能力。

研究人员表示，这一发现突出了大脑类器官产生原始感官结构的非凡能力，这些结构对光敏感，并且拥有与人体细胞相似的细胞类型。

该类器官可以帮助研究胚胎发育过程中的大脑和眼睛的相互作用，模拟先天性视网膜疾病，并生成用于个性化药物测试和移植治疗的患者特异性视网膜细胞类型。

人类大脑发育和疾病的许多方面都可以利用从多能干细胞衍生的3D脑器官来研究，这种细胞可以分化成体内所有类型的细胞。

此前，研究人员使用人类胚胎干细胞分化出“视杯”，“视杯”形成了视网膜。另一项研究表明，“视杯”状结构可以从IPSCs中产生，这些IPSCs来自成年细胞，这些细胞已经被基因重新编程回到类似胚胎的多能性状态。

过去，由多能干细胞制造“视杯”的重点是生成纯视网膜。在此项研究之前，“视杯”和其他3D视网膜结构还无法在功能上整合到大脑器官中。

为了实现这一目标，研究团队修改了他们之前开发的将IPSCs转化为神经组织的方案。人脑类器官如若形成“视杯”，最早在30天内出现，并在50天内成长为可见结构。这一时间框架与人类胚胎中视网膜发育的时间框架相似。

研究人员从IPSCs供体中生成了314个大脑类器官，其中72%的类器官形成了“视杯”。这些结构包含不同类型的视网膜细胞，它们形成了对光有反应的电活性神经元网络。“视杯”大脑类器官还含有晶状体和角膜组织，并显示出视网膜与大脑区域的连接。

研究人员表示：“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，与它们的大脑目标相连，这在体外系统中从未出现过。”

未来，研究人员计划开发出“视杯”长期保持活力的策略，利用它们来研究导致视网膜疾病的机制。