2021年5月10日

研究人员使用弓状类器官来研究下丘脑的发育和疾病

人脑类器官是模拟人脑发育和疾病特征的重要平台。方法生成瀑样的模型基础上建立不同的大脑区域如大脑皮层中脑,佩雷尔曼医学院的研究人员在宾夕法尼亚大学产生的第一瀑样弓状核(ARC),一个重要结构在下丘脑发出信号的饥饿和饱腹感。下丘脑的这一部分显示出大量的细胞多样性，比之前模拟的大脑部分要复杂得多。

在今天发表的一篇论文中细胞干细胞，宾夕法尼亚大学的研究人员报告生成了弓形类器官(ARCOs)模型的弧下丘脑。先前的研究产生了2D的类似下丘脑的神经元和3 d下丘脑瀑样从人类诱导多能干细胞(万能)。然而，没有方案以前存在产生下丘脑核特异性类器官。

研究人员应用机器学习方法和使用发表在单细胞水平预测人类下丘脑中ARC群体的小鼠数据。研究人员然后比较个体集群细胞来自ARCO数据集的预测人类ARC细胞在新生儿人类下丘脑。通过这种方法，他们确定ARCOs表现出与人类arc非常相似的细胞类型多样性和分子特征。

宾夕法尼亚大学神经科学教授、资深作者Ming Guo-li医学博士说:“这个模型提供了机会来检查以前无法达到的人类胎儿下丘脑弓状核的发育。”“我们第一次有了人类下丘脑细胞类型的图谱，这将是进一步了解大脑疾病发展的蓝图，比如肥胖和自闭症的某些原因。”

知道下丘脑内的功能障碍可以导致疾病，如普瑞德威利综合征(PWS) - a遗传性疾病这是由于第15号染色体上特定基因功能缺失引起的，患者会不断感到饥饿，经常导致肥胖和其他并发症——研究人员从两名已知导致PWS的基因突变的患者身上提取了诱导多能干细胞，并利用这些基因衍生出ARCOs。他们表明，来自PWS患者的ARCOs保持了疾病和患者特异性的基因特征。例如，ARC内的一种细胞类型负责调节瘦素反应，瘦素反应调节食物摄入，并且已知该通路在PWS患者中发生故障。研究人员发现,实际上还有一个障碍在瘦素反应和信号通路在PWS ARCO,表明不仅可以ARCOs概括单个核的细胞类型多样性和分子特征,但patient-derived ARCOs可以概括某些疾病签名。