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大脑瀑样

《科学进展》,2021年3月17日,第7卷,第1期。12、eabf9153, DOI: 10.1126/sciadv。abf9153,按照CC-BY-NC分发。

大脑类器官——利用人类干细胞在培养皿中生长的微型大脑结构——为研究人员提供了一种令人兴奋的工具来研究人类大脑。

但是,对大脑类器官的研究有局限性:一个大问题是,科学家们没有工具来研究三维的迷你大脑。这有点像只拍了你头部一侧的x光片,而不是3D功能磁共振成像。

但是现在,西北大学、雪莉·瑞安能力实验室和伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员已经创建了一个3D平台来研究大脑类器官——一个微型大脑的微型实验室。

“这项研究所带来的进步将为我们研究和理解大脑的方式提供一个新的前沿,”AbilityLab的主治医师和研究科学家、该研究的联合主要作者科林·弗朗茨(Colin Franz)在一篇文章中说新闻稿。

“现在3d平台已经开发和验证,我们将能够对从神经损伤恢复或与神经退行性疾病作斗争的患者进行更有针对性的研究。”

产生大脑的类器官

大脑类器官已经在实验室里培育了几十年。但最近,正如我的同事特里萨·凯里所报道的,实验室培养mini-brains已经复杂到可以产生脑电波。

在类脑器官发展到足以形成神经连接之前,它们大多局限于模拟物理损伤——例如寨卡病毒对神经元的影响。

但脑电波已经打开了一扇通往全新研究领域的大门。

来自耶鲁大学和奥斯陆大学的研究人员在《华盛顿邮报》的一篇透视文章中写道:“大脑类器官密切地再现了体内脑组织的许多特征和特征。iScience。“反过来,这项技术为研究大脑的发育和在这道菜中的功能提供了前所未有的可能性。”

研究人员的迷你实验室,发表在科学的进步该研究旨在进一步推进研究人员从微型大脑中学到的东西。

“我们不再需要妥协”

大脑器官微型实验室看起来像一个糖华夫饼干还有一只水母质量效应审美。该系统包含一套传感器和研究微型大脑的工具。

该团队设计的微型机器与一种被称为皮质球体的大脑器官一起工作,这种器官是由人类干细胞制成的。根据“能力实验室”,从理论上讲,科学家们可以用你自己的DNA创造出一个定制的大脑器官,使用血液样本或皮肤活检获得制造皮质球体所需的细胞。

研究它仍然有一些需要改进的地方。

大脑类器官为研究人员研究人类大脑提供了一个令人兴奋的工具。

目前用于类器官细胞培养的电极阵列是2D的,这使得它们无法匹配大脑复杂的3D结构。换句话说,目前的研究方法缺失了一个维度。

西北大学的约翰·罗杰斯在新闻稿中说:“现在,有了我们的小型软性3d电子设备,我们终于有可能制造出模仿人体中复杂生物形状的设备,从而对一种文化有了更全面的了解。”“我们不再需要在功能上妥协,以达到与我们的生物学相结合的最佳形式。”

罗杰斯领导了科技的发展,利用了类似于手机和电脑的技术。

该装置包括用于记录脑器有机体的活动的必要电极,但它不会阻止;还有一个加热元件,以及氧气传感器和LED灯。这些工具允许研究人员保持细胞温暖和快乐,或者如果它们曲柄升温,请将它们放在压力下。利用特殊光敏基因他们甚至利用LED灯来控制神经活动。

除了老鼠和培养皿

“这只是一个全新的微型、三维生物电子系统的开始,我们可以构建这种系统来扩大再生医学领域的能力,”Yoonseok Park,西北大学的联合首席作者和博士后研究员,在发布会上说。

目前用于类器官细胞培养的电极阵列是2D的,这使得它们无法匹配大脑复杂的3D结构。换句话说,目前的研究方法缺失了一个维度。

Park提供了脑-肌肉接口电路,甚至跳动的心脏组织作为微型实验室的潜在候选人。

该团队现在将使用该设备测试药物和治疗方法,梳理出对神经疾病的新见解,并比较不同研究对象的干细胞制成的不同大脑类器官。

“作为科学家,我们的目标是使实验室研究尽可能与临床相关,”AbilityLab的Franz研究助理Kristen Cotton在新闻稿中说。

“这个3d平台为再生神经康复医学的新实验、发现和科学进步打开了大门,这些都是以前不可能的。”

编者按:本文于3/29/21编辑,以准确反映研究人员的学术从属关系。该团队的成员来自伊利诺伊大学芝加哥分校,而不是芝加哥大学。此外,这个故事的前一个迭代确认Shirley Ryan能力实验室是西北大学的一部分;它不是。

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