Otak hibrid manusia-tikus muncul! Penyelidikan 7 tahun Universiti Stanford diterbitkan dalam Nature

​Artikel ini dicetak semula dengan kebenaran AI New Media Qubit (ID akaun awam: QbitAI).

Organoid otak daripada manusia kini berjaya digabungkan dengan otak tikus di tangan saintis.

Dan jika anda menyentuh misai tetikus, sel-sel otak ini boleh bertindak balas secara normal.

Hasil penyelidikan dari Stanford ini diterbitkan dalam terbitan terbaru Nature.

Sejauh manakah gabungan "otak hibrid manusia-tikus" ini?

Dengan kata-kata sendiri pengarang yang sepadan, ahli sains saraf Stanford Pascal (Sergiu Pasca) :

Ia seperti menambah transistor baharu pada litar.

Apa yang sedang berlaku?

Mengintegrasikan tisu otak manusia ke dalam otak tikus

Untuk menjelaskan perkara ini, kita perlu bermula dengan Organoid.

Organoid ialah koleksi sel yang dikultur daripada sel stem manusia seperti sel stem embrio dan sel stem pluripoten teraruh.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, organoid telah menjadi tumpuan akademik utama dalam bidang neurosains kerana organ mikro tiga dimensi ini mengandungi beberapa ciri utama organ perwakilannya dan boleh digunakan untuk mensimulasikan perkembangan manusia dan penyakit secara in vitro .

Dalam erti kata lain, dengan bantuan organoid, saintis boleh memerhati secara langsung pelbagai struktur buah pinggang, usus, dan juga otak dalam hidangan petri untuk meneroka mekanisme neural yang mendasari.

Keselesaan adalah kemudahan, tetapi organoid juga mempunyai banyak batasan.

Sebagai contoh, walaupun organ seperti otak boleh meniru otak manusia, sukar untuk mewujudkan sambungan saraf seperti otak sebenar, dan tidak boleh disepadukan dengan litar saraf lain yang mengawal tingkah laku.

Penyelidik di Universiti Stanford berhasrat untuk menembusi batasan ini.

Pelan percubaan mereka ialah:

Pertama, gunakan sel stem manusia untuk memupuk struktur seperti otak yang serupa dengan korteks serebrum.

Kemudian, ia dipindahkan ke dalam korteks somatosensori otak tikus athymic yang baru berusia 2-3 hari. Kawasan otak tikus ini menerima isyarat daripada kumis dan organ deria yang lain dan meneruskannya ke kawasan otak yang lain.

Bilangan tikus yang baru lahir mengambil bahagian dalam eksperimen adalah kira-kira 100. Mereka semua ditanam di bahagian organoid otak yang sama supaya saintis dapat memantau perkembangannya dengan lebih baik.

Pada mulanya, tisu otak manusia ini hanya berukuran kira-kira 5mm panjang, tetapi selepas 6 bulan, ia menduduki 1/3 daripada hemisfera serebrum tikus.

Sebab mengapa tisu otak manusia ini boleh membesar adalah kerana sel endothelial tikus cepat memasukinya dan membentuk saluran darah. Salur darah membekalkan nutrien dan bahan isyarat kepada sel manusia dan membawa keluar bahan buangan metabolik.

Para penyelidik juga memerhatikan bahawa sel imun pemastautin dalam otak tikus juga muncul dalam tisu otak manusia yang dipindahkan.

Bukan itu sahaja, keputusan eksperimen menunjukkan bahawa neuron daripada organoid berjaya mewujudkan mekanisme kerja dalam otak tikus dan disepadukan dengan litar saraf tikus itu sendiri.

Dengan kata lain, tisu otak manusia ini telah bercampur dengan otak tikus dan menjadi sebahagian daripadanya!

Pada masa ini, para penyelidik mendapati bahawa sel manusia dalam korteks somatosensori tikus juga bertindak balas apabila mereka menyentuh misai mereka.

Selain itu, penyelidik juga memproses khas beberapa tisu otak manusia supaya neuron individu boleh diaktifkan oleh cahaya biru frekuensi tertentu.

Tikus yang ditanam dengan tisu otak manusia ini mengambil bahagian dalam latihan baharu: gentian optik ultra nipis ditanam di dalam otak mereka Apabila gentian optik ini mengeluarkan cahaya biru, mereka boleh minum dari paip ke air.

Hasil kajian menunjukkan bahawa tikus belajar mengaitkan cahaya biru dengan air minuman. Ini menunjukkan bahawa sel otak manusia yang ditanam sebenarnya terlibat dalam kerja otak tikus.

Perlu diambil perhatian bahawa penyelidik menyebut bahawa organoid otak yang dipindahkan ke dalam otak tikus adalah lebih kompleks dalam bentuk dan fungsi daripada organoid otak yang dikultur secara in vitro. Apakah kepentingan

?

Para saintis menyatakan bahawa mereka berharap untuk meneroka lebih lanjut penyakit neurodegeneratif manusia dan penyakit mental melalui eksperimen sedemikian, dan kemudian membangunkan beberapa ubat baharu yang berkesan.

Epilepsi, penyakit Alzheimer, sindrom Parkinson dan amyotrophic lateral sclerosis yang sering kita dengar semuanya adalah penyakit neurodegeneratif.

Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang aktiviti tisu otak pada pesakit dengan penyakit berkaitan neurologi, penyelidikan ini berlangsung selama 7 tahun .

Dalam satu eksperimen, penyelidik menanam organoid otak yang ditanam daripada sel stem pesakit Sindrom Timothy (TS) ke dalam bahagian otak sebelah tikus, dan satu masa lagi ditanam ke dalam organoid otak manusia yang sihat untuk perbandingan.

​

(TiSindrom Mosey ialah penyakit genetik yang jarang berlaku, dan pesakit terdedah kepada aritmia)

Lima hingga enam bulan selepas implantasi pada tikus, mereka memerhatikan bahawa sel yang berpenyakit adalah lebih kecil dan terlibat dalam aktiviti elektrik yang berbeza sama sekali daripada sel otak yang sihat.

Selain itu, morfologi dendrit pada terminal neuron TS telah berubah dengan ketara.

Analisis lanjut mendapati pada peringkat pembezaan yang sama, corak percabangan dendritik TS t-hCO dalam otak tikus adalah tidak normal, manakala percabangan dendritik TS t-hCO yang dikultur secara in vitro tidak menunjukkan keadaan ini .

Para penyelidik menyatakan bahawa corak percabangan dalam otak tikus adalah tidak normal, konsisten dengan penyelidikan terdahulu mereka mengenai penyakit itu.

Dapat dilihat bahawa kesan pendedahan fenotip penyakit dengan menanam otak manusia ke dalam tikus adalah agak baik.

Secara umumnya, penyelidikan ini telah menarik perhatian ramai orang dalam kalangan biologi dan perubatan.

Madeline A. Lancaster

(Madeline A. Lancaster), ahli Majlis Penyelidikan Perubatan Cambridge, UK, mengulas:

Penyelidikan keseluruhan adalah agak progresif, menyediakan cara baharu untuk memahami penyakit yang melibatkan disfungsi sel otak.

Perlu diperhatikan bahawa penyelidikan ini juga telah membangkitkan isu etika baru Dunia luar bimbang bahawa "manusia + kacukan biologi lain" ini akan merosakkan kebajikan haiwan dengan serius malah mewujudkan "lelaki tikus". .

Tetapi sebenarnya, nampaknya tiada masalah besar berlaku setakat ini, dan tikus tidak menjadi lebih bijak kerana implantasi otak seperti manusia.

Laporan yang dikeluarkan tahun lepas oleh Akademi Sains, Kejuruteraan dan Perubatan Kebangsaan menyatakan: "Organoid otak yang berasal dari manusia masih terlalu primitif untuk membentuk kesedaran atau kecerdasan manusia

Artikel Sepadan ini pengarang Profesor Pascal berkata bahawa berdasarkan proses dan keputusan eksperimen mereka, tikus bertolak ansur dengan organoid otak manusia dengan baik, dan pemindahan itu tidak menyebabkan masalah seperti epilepsi.

Walaupun begitu, masih terdapat banyak suara skeptikal dalam komuniti akademik.

Arlotta, ahli panel Akademi Sains Kebangsaan, mempunyai pandangan yang berbeza, dia merasakan bahawa dengan perkembangan sains, masalah baharu mungkin akan timbul.

Beliau berkata bahawa topik "penyatuan organ manusia dengan organisma lain" perlu diberi perhatian secara berterusan dan tidak boleh dibincangkan sekali sahaja dan kemudian diabaikan.

Terutama untuk primat seperti monyet dan orang utan, mereka lebih mirip dengan manusia, jadi organ seperti otak manusia berkemungkinan berkembang lebih matang di dalamnya dan memberi kesan yang lebih besar terhadap tingkah laku haiwan.

Dalam hal ini, Profesor Pascal berkata bahawa mereka tidak akan menjalankan penyelidikan sedemikian pada masa hadapan dan tidak menggalakkan orang lain untuk menjalankan penyelidikan tersebut.

Selain itu, beberapa penyelidik menunjukkan batasan kajian ini:

Walaupun keputusan menanam "otak manusia mini" ke dalam tikus adalah lebih baik daripada eksperimen haiwan yang lain sebelum ini, Oleh kerana spatiotemporal dan had rentas spesies, litar saraf manusia yang sangat boleh dikurangkan tidak boleh dibentuk walaupun dipindahkan pada peringkat awal pembangunan.

Bennett Novitch, ahli Pusat Penyelidikan Bioperubatan dan Sel Stem UCLA, turut mengulas:

Menggunakan tikus yang ditanam dengan tisu otak manusia untuk menguji dadah adalah sesuai untuk kajian kecil, tetapi ia tidak sesuai untuk farmaseutikal Masih tidak boleh dilaksanakan untuk syarikat kerana keperluan untuk kelajuan dan skala.

Pasukan Penyelidik

Pasukan yang menjalankan kajian ini datang daripada Jabatan Psikiatri dan Sains Tingkah Laku dan Jabatan Perubatan Perbandingan di Universiti Stanford.

Pelakon bersama: Omer Revah, Felicity Gore dan Kevin W. Kelly.

Omer Revah, PhD dalam Fisiologi dan Neurosains Pengiraan dari Hebrew University Selepas menamatkan pengajian PhDnya, beliau bekerja sebagai penyelidik pasca doktoral di Jabatan Psikiatri dan Sains Tingkah Laku di Universiti Stanford Pusat Pengajian Perubatan Veterinar di Universiti Hebrew.

Felicity Gore, kini terlibat dalam penyelidikan di Jabatan Kejuruteraan Bio di Universiti Stanford.

Kevin W. Kelly, kini terlibat dalam penyelidikan dalam neurosains dan genomik di Jabatan Psikiatri dan Sains Tingkah Laku di Stanford.

Pengarang yang sepadan Sergiu Pasca

kini seorang profesor di Jabatan Psikiatri dan Sains Tingkah Laku di Universiti Stanford.

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

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

Atas ialah kandungan terperinci Otak hibrid manusia-tikus muncul! Penyelidikan 7 tahun Universiti Stanford diterbitkan dalam Nature. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!