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研究人脑是目前最大的科学挑战之一。体外干细胞培养的人类大脑类器官是模拟人类发育和疾病的一个很有潜力的平台。然而，体外生长的类器官缺少在真实有机体中存在的各种连接，这会限制类器官的成熟，使其无法与其他控制行为的神经环路整合。

先前有研究，试图将人脑类器官植入成年大鼠的大脑，但这些来着人脑类器官的细胞在植入后无法完全成熟。

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将人脑类器官植入大鼠脑中

2022年10月12日，斯坦福大学的Sergiu Pașca实验室在国际顶级期刊Nature 发表一篇文章，科学家将人类脑细胞移植到了年幼大鼠的大脑中，这些细胞在那里生长并形成连接，并可影响大鼠行为。

大约15年前，生物学家发现，体外培养的干细胞可以自我组织形成成一些小球，和真正组织很像，科学家将其命名为类器官（organoid）。本项研究就是建立在该团队先前创造大脑类器官的研究基础之上的。

为了制造大脑类器官，科学家将人类皮肤细胞转化为诱导干细胞（iPSC），然后将其诱导分化成为几种类型的脑细胞。这些细胞随后增殖，形成类似大脑皮质的类器官。大脑皮质是人类大脑的最外层，在记忆、思考、学习、推理和情感等方面都起着关键作用。

接着，研究人员将人脑类器官移植到仅有两三天大的年幼大鼠体内，在这个阶段的幼鼠大脑内，连接仍在形成。被植入的人脑类器官会不断成长，最终占据大鼠脑半球的约三分之一。类器官的神经元与大脑中的回路形成了工作连接。

通过实验，研究人员发现人类细胞被整合进入了回路中，换句话说，人类细胞并没有改变幼鼠的大脑回路，而是成了其回路的一部分。

研究发现：植入的人脑细胞在新环境中并不会完全模拟人类的脑组织，比如它们并没有形成人类大脑皮质中那种多层结构。不过也没有像周围的大鼠神经元那样，形成大鼠躯体感觉皮质特有的桶状柱。但是，单个植入的神经元的确保留了许多正常人类的电和结构特征。

其实，人类神经元先前也曾被移植到啮齿动物身上，但一般都是成年动物，通常是小鼠。这项新实验是第一次将这些类器官植入幼年大鼠大脑，创造了有史以来最先进的由人类皮肤细胞构建的人类大脑回路系统，并证明了植入的人类神经元可以影响动物的行为。

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人脑类器官的实际应用价值

为了研究这种方法的实际应用，科学家将人脑类器官移植到大鼠大脑的两侧：一侧由健康人类的细胞生成，另一侧则由蒂莫西综合征（这种疾病是一种与心脏问题和孤独症谱系障碍有关的罕见遗传疾病）患者的细胞生成。

过了大约五六个月后，研究者看到了与神经元活动相关的疾病影响。两侧的电活动出现了差异，蒂莫西综合征患者的神经元要小得多，并且没有长出那么多的延伸部分来接收附近神经元的输入。

研究人员表示，如果他们用孤独症或精神分裂症等疾病患者的细胞所生长的类器官进行同样的实验，就有可能了解到这些疾病如何影响大脑的新情况。

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人脑类器官伦理方面的问题

但与此同时，这种在动物身上进行的实验也引发了伦理关注。研究人员表示，他们的团队其实关注到了大鼠的福祉，以及当类器官在它们体内生长的同时，它们是否仍然表现正常。

尽管如此，团队仍然认为，这类实验不应该在灵长类动物身上尝试。伦理学家还想知道，脑中的类器官在未来是否可能出现类似人类的意识。但专家表示，目前这种可能性极低。

脑类器官还可以用来测试神经精神障碍的新疗法。还有一些科学家正在研究动物体外的人脑类器官。

比如，有研究介绍了他们如何在实验室中，利用干细胞培育出类似大脑的组织，然后绘制出不同脑区的细胞类型和调控发育的基因。一些人正在使用这些结构来研究孤独症。

参考资料：

https://phys.org/news/2022-10-scientists-human-brain-cells-rats.html

https://www.quantamagazine.org/lab-grown-human-cells-form-working-circuits-in-rat-brains-20221012/

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w