脑类器官技术及在脑卒中治疗中的应用进展

脑类器官是一种由胚胎干细胞(ESCs)或诱导多能干细胞(iPSCs)诱导产生的三维神经培养物,能够模拟人脑的结构和功能。随着脑类器官培养技术的不断优化,并与器官移植、基因编辑和类器官芯片等新兴技术相结合,产生了功能性血管结构和神经回路等复杂脑组织结构,为研究人类大脑发育和疾病提供了新方法、新思路。就脑类器官技术的最新进展进行综述,阐述了其在神经系统疾病中的应用,以及在脑卒中建模和移植治疗中的进展。

小分子化合物组合改善多能干细胞向脑类器官定向分化的效率

目的优化多能干细胞(PSCs)定向分化为脑类器官的条件,提高人脑类器官的分化效率。方法利用人胚胎干细胞(hESCs)系H9向人脑类器官诱导分化体系,在早期脑类器官分化到神经祖细胞的发育阶段添加小分子化合物组合,通过形态学观察不同分化阶段脑类器官中的神经祖细胞形成的效率、细胞凋亡的情况以及分化成神经元的效率,通过RT-qPCR检测标志性基因的表达量,综合评估添加的小分子化合物组合对脑类器官形成的影响。结果在脑类器官神经祖细胞发育的关键阶段(1 d~14 d),培养基中依次添加多索啡(dorsomorphine)、A83-01、GSK-3β抑制剂CHIR99021和SMAD抑制剂SB-431542,可使神经祖细胞阶段的相关标志性基因的表达量显著提高,促进特异性神经管样结构形成,脑类器官中心区域的细胞凋亡减少。结论通过使用上述4种小分子化合物组合,可明显提高早期脑类器官的形成效率,减少脑类器官中的细胞凋亡、促进神经元形成,减少培养过程中的组织结构异质性。

培养皿中的人脑“阿凡达”:脑类器官

脑科学是生命科学研究的前沿领域之一,对于理解人类大脑、干预脑疾病和开发人工智能等方面起着至关重要的作用。在过去,科学家们主要依靠模式动物和二维细胞培养等模型来研究大脑近年来,脑类器官的出现为我们探索人脑的奥秘提供了全新机遇。脑类器官的技术建立得益于发育生物学理论的积累和干细胞技术的发展。早在20世纪初,研究人员就开始进行细胞解离与重聚的实验。

脑类器官在创伤性脑损伤研究中的应用

创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是由外力引起的脑正常功能破坏和/或脑组织病理性损伤。由于发生功能神经元不可逆的丧失和神经组织损伤,中枢神经系统在创伤后很难修复和再生,造成TBI患者预后存在严重后遗症。由于缺乏概括人脑特征的TBI模型,虽然有大量成功的临床前研究用于TBI治疗,但少有转化应用。脑类器官作为一种自我组装的3D组织,具有来自干细胞和器官特异性细胞类型的集合,能够在一定程度上模拟天然脑器官的结构和功能,应用于TBI研究,能够有效地解决人中枢神经系统组织获取的局限性以及人和动物之间的生物学特征不匹配问题。因此,本文通过对脑类器官的产生、特性及其在TBI模型中的应用进行综述,重点讨论了基于人多能干细胞(hPSCs)的脑类器官模拟体外TBI模型和嵌合动物TBI模型研究进展,以期为脑类器官应用于TBI损伤的研究及治疗提供新思路。

脑类器官研究进展和伦理问题研究

类器官是由干细胞在体外构建的三维生物结构,它们部分地模仿了真实器官的功能。脑类器官是类器官研究中极其重要的分支部分,它可以通过运用多功能干细胞进行分化,在三维培养环境中形成所需的细胞类型,并经自组装成结构体,但目前尚无法完全复制真实人脑的结构和生理特征。而脑类器官的成熟可能形成意识,这使得脑类器官研究会面临道德地位的判定、知情同意等伦理问题。阐述了脑类器官的研究进展和未来发展方向,并从伦理原则规范、保障公众知情权利、法律监管等角度,对脑类器官研究中所面临的伦理问题提出了多维治理策略。通过对上述问题的探讨,为将来制定伦理原则指导脑类器官的研究应用提供参考。

脑类器官体外培养的研究进展

体外培养的脑类器官是由人类多能干细胞通过添加神经发育相关因子而分化产生的,具有与人脑相似的细胞组成和解剖结构,已经成为研究大脑发育进程、神经和精神疾病、药物筛选等的良好模型。但是由于长期培养带来的类器官中心的细胞缺乏存活所必需的氧气和营养导致中心坏死的问题也限制了脑类器官的应用。本文归纳了关于改善脑类器官核心缺氧和营养供应不足等问题的方案。

类脑器官在神经退行性疾病中的研究进展

神经退行性疾病(Neurological Degeneration Diseases, NDDs)是一种隐袭起病、慢性进展的中枢神经系统疾病,其主要病理特征是特定神经元的丢失和特异性病理的形成。传统实验方法对NDDs发病机制、治疗方案的探索难以模拟人体环境和潜在的病理改变。由于上述局限性,基于人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells, hiPSC)构建的类脑组织及器官(human brain organoids)已用于NDDs的基础研究。本文重点介绍了类脑器官这一新型实验研究方法在NDDs中的应用、优势及局限性,并对其应用前景进行展望。

人脑类器官在神经退行性疾病中的应用与展望

人脑类器官是指体外培养的,在一定程度上模拟人脑细胞类型组成、空间结构、生理功能等特征的三维类组织培养物.目前,人脑类器官已广泛应用于人脑发育、基因功能、疾病机制、药物筛选等方面的研究.本文聚焦于神经退行性疾病,概述了人脑类器官在阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病研究中的应用,并对其面临的挑战与未来的发展方向进行了展望.

脑类器官技术研究进展

脑类器官是指体外培养的,具备与大脑相似的细胞类型、一定的空间组织结构以及对应生物学功能的三维神经组织.脑类器官可为研究人类大脑发育与功能、疾病发生、药物发现等提供新的研究模型.区域特异性脑类器官的构建,推动了脑类器官技术的进一步发展.本文简要介绍了脑类器官技术,包括区域特异性脑类器官的发展进程.重点综述了脑类器官模型用于探究大脑发育机制的技术及应用.此外,本文也讨论了多种关键技术,包括脑类器官血管化、基因编辑、单细胞测序以及其他工程性技术在脑类器官研究中的应用与挑战.

脑类器官技术的发展与应用

脑类器官是由多能干细胞在三维培养条件下,通过添加神经发育相关调控信号而分化产生的与脑的细胞组成、解剖结构相似,并可以体现出类脑的发育进程及生理、病理和药理等特征的细胞培养物,是迄今在体外研究人脑发育与相关疾病,并开展药物筛选的良好模型。伴随着技术发展,脑类器官在研究脑发育与疾病,不同脑区以及脑与其他组织/器官间的相互作用,脑进化等多个方面发挥重要作用。该文综述了脑类器官的发展历程,及其在探索脑发育、疾病模拟和药物筛选等方面的进展。

人脑类器官在神经发育疾病研究中的应用

人脑类器官是由人多能干细胞(hPSC)包括人胚胎干细胞(hESC)和人诱导多功能干细胞(hiPSC)衍生而来的三维组织,能模拟人大脑的结构和功能,作为神经发育疾病的体外研究模型独具优势。本文将对神经疾病体外模型建立和发展的历程、脑类器官在神经发育疾病研究中的应用、相关前沿技术和脑类器官技术的结合等进行综述和展望。

类器官研究历程及在脑科学中的应用进展

类器官是三维结构的细胞培养产物,重现了器官的某些关键细胞类型和功能特征,可从胚胎干细胞(ESCs)、诱导性多能干细胞(iPSCs)或成体干细胞衍生而来。在保留原始干细胞的前提下不断分裂分化,形成与来源组织器官结构和功能相似的微细胞团。在药物研发、药物毒副作用评价及精准医疗等方面,类器官优于动物模型,能更好地应用于体外实验。因此,类器官研究受到越来越广泛的关注。

类脑器官研究进展

大脑是复杂的电磁系统和计算系统。随着生命科学的发展,人类想要更好地了解自己,攻克各种脑相关疾病,已不能仅仅满足于动物模型,复制和重建类脑器官成为科学家们研究的热点之一。通过培养大脑类器官,人们能用新颖的、过去难以想象的方式研究大脑发育、多种类型脑细胞的相互作用以及神经元回路功能相关的复杂神经系统疾病。未来,大脑类器官将取代传统的动物模型,在神经疾病建模、药物筛选和再生医学等方面带来巨大进步。该文从类脑器官的构建、应用及类脑器官芯片技术等方面进行简要综述。

脑胶质母细胞瘤模型研究概况及类脑模型的研发应用

胶质母细胞瘤是恶性程度最高的胶质瘤,建立针对胶质母细胞瘤弥漫性、浸润性生长特征的实验模型,是基础研究的核心。本文系统梳理了近年来国内外有关脑胶质母细胞瘤体内和体外研究模型的建立方法、应用概况及局限性,指出现有的脑胶质母细胞瘤研究模型虽在不断改进与完善,且在某些方面推进了该病的基础研究,但却无法模拟人体脑胶质母细胞瘤生长的复杂环境,揭示该病的动态发病机制及可能的药物作用途径。课题组经过多年的探索,研发了类脑器官模型,该模型可模拟大鼠体内大脑的发育过程,并与颅脑胶质母细胞瘤模型建立了共培养系统,能实现体外直观的实时观察肿瘤细胞的侵袭特征,为进一步研究脑胶质母细胞瘤的发病机制奠定了基础。并可从中分选出侵袭性肿瘤细胞与非侵袭性肿瘤细胞,进行下一步基因组学的系统分析,从而有望筛选出靶向侵袭性胶质母细胞瘤细胞的药物。

人源性干细胞分化的神经细胞在药物神经毒性评价中的应用

人源性干细胞可自我更新,且具有多向分化潜能。人多能干细胞可分化为神经元、胶质细胞和类脑器官等,为寻求药物早期筛选和神经毒性临床前评价的新模型提供了可能。目前基于人源性干细胞分化的神经细胞的体外模型已用于药物筛选、有效性和安全性评价以及阐明未知的疾病发生机制,为开展临床试验奠定了良好的基础,并且有助于减少药物临床应用中不良反应的发生。本文综述人源性干细胞分化的神经细胞在药物神经毒性评价中的最新研究进展,阐述人源性干细胞分化的不同类型的神经细胞各自的特点,并就当前该模型在抗肿瘤药等药物神经毒性评价中的应用展开讨论和展望。