多能干细胞产生具有“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，人类诱导多能干细胞(IPSCs)可用于形成具有“视杯”结构的类脑器官(可形成视网膜)。这类器官从类脑区域前部自发发育出双侧对称的“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，这一发现凸显了类脑器官产生原始感觉结构的非凡能力，这些结构对光敏感，细胞类型与人类细胞相似。

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

利用来源于多能干细胞的3D脑器官，可以研究人脑发育和疾病的许多方面，多能干细胞可以分化为体内所有类型的细胞。

此前，研究人员使用人类胚胎干细胞来分化形成视网膜的“视杯”。另一项研究表明，“杯状”结构可以由来自成年细胞的IPSCs产生，这些细胞已经被基因重新编程，以恢复到类似胚胎的多能状态。

过去，用多能干细胞制造“视杯”的重点是生产纯视网膜。在这项研究之前，“视杯”和其他三维视网膜结构不能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。如果人脑器官形成一个“视觉杯”，它们首先在30天内出现，然后在50天内长成可见的结构。这个时间框架类似于人类胚胎视网膜发育的时间框架。

研究人员从IPSCs供体中产生了314个类似大脑的器官，其中72%形成了“视杯”。这些结构包含不同类型的视网膜细胞，它们形成了一个对光有反应的电活性神经元网络。“视杯”脑器官还包含晶状体和角膜组织，并显示视网膜和大脑区域之间的联系。

研究人员说：“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，并与它们的大脑目标相连，这在体外系统中从未出现过。”

未来，研究人员计划开发长期保持视力杯活性的策略，并将其用于研究视网膜疾病的机制。

类器官技术的出现，可以说为人们研究各种组织提供了强有力的工具。但是，类脑器官的产生往往要复杂一点，原因是我们对大脑及其神经系统的认识还不是很透彻。类脑器官包括不同类型的视网膜细胞，这一方面有助于科学家进一步了解视觉和大脑之间的密切关系，另一方面，这种高度生理相关的系统为无数被视网膜疾病困扰的患者带来了根治的希望。