大脑类器官发育出对光有反应的视杯

根据8月17日发表在该杂志上的一项研究，人类诱导多能干细胞(iPSCs)可用于生成含有称为视杯的眼睛结构的脑类器官细胞干细胞．这些类器官从类脑区前部自发地形成了双侧对称的视杯，证明了iPSCs在一个高度复杂的生物过程中具有内在的自我模式形成能力。

“我们的工作突出了大脑瀑样产生对光敏感的原始感觉结构，并拥有与身体中发现的细胞类型相似的细胞类型，”大学医院的高级研究作者Jay Gopalakrishnan Düsseldorf说。“这些类器官可以帮助研究胚胎发育期间的脑-眼相互作用，模拟先天性视网膜疾病，并生成个性化的患者特异性视网膜细胞类型药物测试以及移植疗法。”

人类大脑发育和疾病的许多方面都可以使用3D大脑类器官来研究多能干细胞，它可以产生体内所有类型的细胞。研究人员此前使用了人类胚胎干细胞为了产生视杯，从而产生视网膜——眼睛后部的光敏组织层。另一项研究表明，来自成人的iPSCs可以产生光学杯状结构细胞它们已经被基因重组回到了类似胚胎的多能状态。

过去，利用多能干细胞制造视杯的研究主要集中在生成纯视网膜。到目前为止，视杯和其他3D视网膜结构还没有功能集成到脑类器官。

为了实现这一壮举，Gopalakrishnan和他的团队修改了他们之前开发的将iPSCs转化为神经组织的方案。人脑类器官形成了视杯，早在30天就出现了，并在50天内成熟为可见结构。这个时间框架与人类胚胎视网膜发育的时间框架相似，可以使某些类型的发育神经生物学实验更有效。

在来自4名iPSC捐赠者的16个独立批次中，研究人员生成了314个脑类器官，其中72%形成了光学杯，表明该方法是可重复的。这些结构含有不同的视网膜细胞类型它们形成了对光线有反应的电活性神经元网络。视杯脑类器官还包含晶状体和角膜组织，并表现出视网膜与大脑区域的连通性。“在哺乳动物的大脑中，视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的神经连接大脑目标，这是以前从未在体外系统中显示过的一个方面，”Gopalakrishnan说。

在未来的研究中，他们计划制定策略，以保持视杯在很长一段时间内存活，用它们来研究导致视网膜疾病的机制。