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來自人類的類腦器官，現已在科學家手里和老鼠大腦成功結合。

并且是碰碰老鼠胡須，這些腦細胞能正常做出反應的那種。

這項來自斯坦福的研究結果，發表在最新一期Nature上。

這種“人鼠混合大腦”的結合程度有多深？

用通訊作者、斯坦福神經科學家帕斯卡（Sergiu Pasca）自己的話說：

就像是在電路上添加了新的晶體管。

這究竟是怎么一回事？

將人的類腦組織融入大鼠大腦

要說清楚這件事，還得從類器官講起。

類器官是利用胚胎干細胞、誘導多功能干細胞等人體干細胞培養得到的細胞集合。

近年來，類器官一直是神經科學領域的一大學術熱點，原因是這種三維微器官包含其代表器官的一些關鍵特性，可以用來體外模擬人類的發育和疾病。

換句話說，借助類器官，科學家們可以在培養皿里直接觀察到腎臟、腸道，甚至大腦的各種結構，來探尋背后的神經機制。

方便歸方便，但類器官也存在不少局限。

比如，類腦器官雖然能模仿人類大腦，但卻很難像真實大腦那樣建立神經連接，也無法與控制行為的其他神經回路整合到一起。

斯坦福大學的研究人員們，旨在突破這一限制。

他們的實驗方案是：

首先，用人類干細胞培養出類似大腦皮層的類腦結構。

然后，將其移植到剛出生2-3天的無胸腺大鼠的大腦體感皮層之中。大鼠的這個腦區會接收來自胡須和其他感覺器官的信號，并傳遞給其他大腦區域。

參與實驗的新生大鼠數量約為100只。而它們被植入類腦器官的部位都一致，以便科學家能更好地對其發育情況進行監控。

一開始，這些人腦組織大約只有5mm長，但6個月之后，它們占據了大鼠大腦半球的1/3。

而這些人腦組織之所以能夠生長，是因為大鼠的內皮細胞很快就進入其中，形成了血管。血管為人體細胞提供了營養和信號物質，并帶走代謝廢物。

研究者們還觀察到，大鼠大腦中的常駐免疫細胞也出現在了移植的人腦組織中。

不僅如此，實驗結果顯示，來自類器官的神經元成功在大鼠大腦中建立了工作機制，和大鼠自身的神經回路整合到了一起。

也就是說，這些人腦組織已經和大鼠大腦混合，成為了它的一部分！

到了這個時候，研究者們發現，觸碰老鼠的胡須，其體感皮層中的人類細胞也會作出反應。

此外，研究人員還特殊處理了一些人腦組織，使得單個神經元可以被特定頻率的藍光激活。

被植入這些人腦組織的大鼠，參與了一項新的訓練：它們腦中被植入了超薄光纖，當這些光纖發出藍光時，它們就能在水龍頭里喝到水。

結果顯示，這些大鼠學會了把藍光和喝水聯系起來。這表明植入的人腦細胞已經真正參與了大鼠大腦的工作。

值得注意的是，研究人員提到，移植到大鼠腦中的類腦器官，在形態和功能上要比體外培養的類腦器官更為復雜。

有何意義？

科學家們表示，希望通過這樣的實驗來進一步探索人類的神經退行性疾病和精神疾病等，然后開發出一些行之有效的新藥物。

我們平時常聽說的癲癇、老年癡呆、帕金森綜合征，還有肌萎縮性側索硬化等，都屬于神經退行性疾病。

為了深入了解神經相關疾病患者的腦組織活動情況，這項研究共持續了7年。

在其中一項實驗中，研究者把由蒂莫西綜合征（Timothy Syndrome，TS）患者的干細胞培養出的類腦器官植入了老鼠大腦的一側，并在另一次植入健康人的類腦器官來作對比。

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（ 蒂莫西綜合征是一種罕見遺傳病，患者容易心率失常）

在植入老鼠體內五到六個月后，他們觀察發現，患病細胞會更小，且參與的電活動與健康腦細胞截然不同。

而且TS神經元末端的樹突形態發生了明顯改變。

進一步分析發現，在相似的分化階段，大鼠腦中的TS t-hCO的樹突分支模式異常，而在體外培養的TS t-hCO的樹突分支則沒有表現出這種情況。

研究者指出，大鼠腦中的分支模式異常，與他們此前關于這種病的研究結果一致。

由此可見，通過將類人腦植入大鼠體內來揭示疾病表型，效果相當不錯。

總的來說，這項研究引起了不少生物和醫學界人士的關注。

英國劍橋醫學研究委員會成員瑪德琳·蘭卡斯特（Madeline A. Lancaster）評價道：

該研究整體頗具進步意義，為了解腦細胞功能障礙的疾病提供了一種新方法。

值得注意的是，這項研究也引發了新的倫理問題，外界擔憂這些“人+其他生物雜交體”會嚴重損害動物福利，甚至搞出“鼠人”來。

不過其實目前看來，沒有發生什么大問題，小鼠也沒有因為植入類人腦而變得更聰明。

美國國家科學、工程和醫學研究院去年發布的一份報告指出：“源自人類的類腦器官仍然太原始，無法形成意識或人類智力。”

本文通訊作者帕斯卡教授則表示，從他們的實驗過程和結果來看，大鼠們對人體的類腦器官耐受性很好，移植沒有造成癲癇等問題。

盡管如此，學界還是不乏質疑的聲音。

美國國家科學院小組成員Arlotta就持不同看法，她覺得隨著科學的發展，很可能會有新問題產生。

她表示，“人類器官與其他生物體結合”的話題應被持續關注，絕不能只討論一次就不管了。

尤其對猴子、猩猩等靈長類動物來說，它們與人類更相似，所以人的類腦器官很可能在它們體內發育得更成熟，對動物行為產生更大影響。

對此，帕斯卡教授稱，他們之后不會進行此類研究，也不鼓勵其他人做這樣的研究。

另外，也有研究人員指出了這項研究的局限性：

雖然把“迷你人腦”植入大鼠體內的結果，比此前其他動物實驗更好，但由于存在時空和跨物種限制等，即使在發育早期階段移植，也無法形成高還原性的人類神經回路。

UCLA的生醫學和干細胞研究中心成員Bennett Novitch也評價道：

使用植入人腦組織的大鼠來測試藥物，對小型研究來說可行，但對制藥公司來說仍不可行，因為需要速度和規模。

研究團隊

開展本研究的團隊來自斯坦福大學精神病學和行為科學系，以及比較醫學系。

共同一作為：Omer Revah，Felicity Gore，和Kevin W. Kelly。

Omer Revah，希伯來大學生理學和計算神經科學博士，博士畢業后前往斯坦福大學精神病學和行為科學系擔任博士后研究人員，現任希伯來大學獸醫學院助理教授。

Felicity Gore，現在斯坦福大學生物工程系從事研究工作。

Kevin W. Kelly，目前在斯坦福精神病學和行為科學系從事神經科學和基因組學方面的研究工作。

通訊作者帕斯卡（Sergiu Pasca），現任斯坦福大學精神病學和行為科學系教授。

論文地址：?https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w?

參考鏈接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x
[2]https://www.washingtonpost.com/science/2022/10/12/brain-tissue-rats-stanford/