瞥一眼實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中復(fù)雜的人腦細(xì)胞斑點(diǎn)，并試圖將其稱為“迷你腦”。這是腦器官，由干細(xì)胞制成的復(fù)雜3D組織的流行術(shù)語(yǔ)，正在徹底改變研究人員研究神經(jīng)發(fā)育和從自閉癥到寨卡的情況。但是，今天發(fā)表的關(guān)于真實(shí)大腦和大腦類器官的細(xì)胞的最全面的遺傳比較揭示了它們之間的重要區(qū)別。

加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)科學(xué)家Arnold Kriegstein和他的同事首先對(duì)妊娠6到22周時(shí)人類胎兒大腦不同部位的單個(gè)細(xì)胞中打開的基因進(jìn)行了分類。然后，他們將這些基因表達(dá)模式與使用幾種先前發(fā)表的方法從腦器官形成的細(xì)胞的基因表達(dá)模式進(jìn)行了比較。

當(dāng)涉及到大范圍的腦細(xì)胞時(shí)，例如神經(jīng)元和稱為膠質(zhì)細(xì)胞的非神經(jīng)元細(xì)胞，基因表達(dá)通常是匹配的。但是，當(dāng)研究人員檢查了更精確的細(xì)胞亞型時(shí)，例如被稱為外放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的子集，這種比較開始破裂。類器官細(xì)胞不能可靠地成熟，無(wú)法表達(dá)將一種亞型與另一種亞型區(qū)分開的基因的特定組合。

對(duì)于使用類器官建模疾病的研究來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)潛在的局限性。許多此類研究將患有疾病的人的細(xì)胞“重編程”為可以形成類器官的干細(xì)胞。克里格斯坦說(shuō)，但是神經(jīng)系統(tǒng)疾病是高度特定于細(xì)胞類型的，如果您實(shí)驗(yàn)室建立的模型不包含大腦中受影響的確切細(xì)胞類型，則很難得出關(guān)于該疾病的結(jié)論。

盡管類器官細(xì)胞一般不會(huì)成熟為精確的亞型，但它們確實(shí)以另一種方式變得專門化：它們具有與大腦不同區(qū)域相對(duì)應(yīng)的遺傳特征。但是這些身份出乎意料地發(fā)生了。研究小組發(fā)現(xiàn)，您期望在大腦對(duì)側(cè)看到的簽名有時(shí)在類器官中彼此相鄰?？死锔袼固拐f(shuō)，這可能會(huì)使某些疾病的研究復(fù)雜化，例如僅影響特定大腦區(qū)域的癡呆形式。

那么為什么類器官不能完美地復(fù)制大腦的細(xì)胞類型呢?克里格斯坦的研究小組認(rèn)為，關(guān)鍵因素是在盤中而不是身體上生長(zhǎng)的壓力。類器官細(xì)胞表達(dá)代謝應(yīng)激的遺傳標(biāo)記，但是當(dāng)將這些細(xì)胞移植到小鼠大腦中時(shí)，該表達(dá)降低。研究小組在《自然》雜志上報(bào)告說(shuō)，此外，這種遷移似乎有助于解決這些細(xì)胞的身份危機(jī)。它促使他們承擔(dān)人類大腦中更發(fā)達(dá)的細(xì)胞類型的遺傳特征。

醫(yī)學(xué)研究理事會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)育遺傳學(xué)家馬德琳·蘭卡斯特說(shuō)，這意味著可以通過(guò)調(diào)節(jié)用來(lái)在盤中進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)的肉湯來(lái)使類器官變得更像大腦。她說(shuō)，例如，研究人員經(jīng)常在高濃度的葡萄糖中培養(yǎng)類器官，這相當(dāng)于一個(gè)非常非常糖尿病的人。“你可以想象這對(duì)大腦的發(fā)育可能不是很好。”

耶魯大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家弗洛拉·瓦卡里諾(Flora Vaccarino)說(shuō)，未來(lái)的研究也可能會(huì)減少實(shí)驗(yàn)室條件下存在的異常高水平的氧氣。她說(shuō)，使用孵化器來(lái)控制流向類器官細(xì)胞的氧氣量，這是一個(gè)相對(duì)容易調(diào)整的變量。