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培养皿“种出”脑世界 科学家探索精神病新疗法

根据世界卫生组织公布的数据,全球各类精神疾病患者总数高达4.5亿,每160个儿童中就有一位自闭症患者。

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近日,斯坦福大学帕斯卡实验室的“人造大脑皮层球状体”研究发表于《自然-方法》杂志。在美国国立卫生研究院资助下,斯坦福大学医学院的研究员们“种”下皮肤细胞,7个星期后,酷似人类大脑皮层的组织在培养皿里“长”了出来。


在这个直径只有5毫米的球状体里,数以百万计的神经元已经“成功联网”,电波和讯号通过联结的突触一刻不停地奔腾着。成长过程中产生的基因表达,已与正在发育中的胚胎大脑皮层极其相似。


长久以来,神经学家们在老鼠的脑子里寻找着人类精神病的症结。屡屡碰壁后,他们决定“种”一个人脑做向导,寻找藏身其中的病灶。


“我是个医生,我们能够为精神疾病患者提供的治疗意见通常十分有限,”领导该研究的精神病与行为科学副教授赛尔久·帕斯卡说道,这一研究“具有为精神疾病及其治疗提供新见解的潜力”。


在培养皿里“种”一个大脑皮层类器官,“现场重播”胚胎里的生命历程。


长久以来,医学家们只能通过磁共振成像一窥脑活动,通过尸检了解脑结构,通过动物实验推导人脑的机能。


而人类精密的大脑如同颅腔里的宇宙,数以百亿计的神经元伸展着突触,在胶质细胞的簇拥下,精巧地聚居在不同的区域里,创造思绪,指导行为。


转战基础研究以前,罗马尼亚医师帕斯卡曾与自闭症在临床领域“斗智斗勇”,却深感挫败。去年5月,斯坦福大学成立帕斯卡实验室,这位33岁的“天才科学家”作出大胆的决定:用患者细胞在培养皿里“种”一个大脑皮层类器官,把大脑神秘的成长、工作、生病历程进行“现场重播”。


7批细胞从5名捐赠者的皮肤上提取下来,在平皿中被诱导成为能长成任何细胞的多能干细胞,又进而诱导成脑细胞。而后,这些“种子”被完整地“种”进了一种特殊的培养皿,细胞无法在平面上附着,只能“自谋出路”。


它们很快开始“发芽”,仅仅在几个小时里,原本在平面上“肩并肩”的细胞们开始“叠罗汉”,并且逐渐形成了球面。在生长元素和小分子的滋养下,它们自身的“角色”也在发生变化。


有的张牙舞爪、身后拖着长长的尾巴,这是“脑中精英”神经元,它们通过突触互相连接,构成纠缠的枝干;有的呈现出简洁的星形,叶片般乖巧地围在神经元周围,这是提供服务的星形胶质细胞,全权管理“吃喝打扫”、“跑腿送信”。


“同时造出神经元和星形胶质细胞是极具挑战性的。”帕斯卡欣喜地说道。在此前的研究中,星形胶质细胞发挥着“土壤”的作用,科学家们把神经元“种子”播在取自啮齿类动物或人类胚胎组织的胶质细胞上,而“我们系统中的神经元和胶质细胞基因相同。”


7个星期后,“种”下大脑皮层的人们迎来了收获的时刻。显微镜下,这个直径只有5毫米的“迷你大脑皮层”像鸡蛋壳一样向内弯曲。它即将为科学家们探索2200平方厘米的大脑皮层充当向导,在那140亿个神经元、1000多亿个胶质细胞中的某处,藏匿着神秘的精神疾病。


“哪怕只找到一种类型的自闭症,只要找到它的信号机制,确定目标,找到能用在临床治疗上的小分子。”“大脑侦探”帕斯卡说道,“我都会感到高兴。”


2011年11月,尚未组建实验室的帕斯卡与同事便在对一种自闭症亚型患者的细胞培养中发现,与发育成在脑中不同位置工作的神经元不同,此种自闭症患者的神经元“力争上游”,更多地演变成准备在大脑皮层上层胼胝体工作的类型。有趣的是,这正是音乐家更为发达的脑部区域。


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