假如人类大脑和老鼠大脑“合体”，会如何？

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Sara Reardon，原文标题：《人鼠融合大脑助力神经类疾病研究——科学家喜忧参半》，题图来自：视觉中国

一项研究显示，移植到大鼠脑内的微型人源类脑组织能够传递信号，并对大鼠胡须所接触的环境刺激做出反应^[1]。从人类干细胞分化而来的神经细胞可以与活体啮齿动物的神经细胞连接，这项研究可能为检测人类大脑疾病治疗提供一种方法。

科学家们希望利用大脑类器官（从人源干细胞分化而来的微小类脑结构）来研究人类所患的神经退行性疾病和神经精神疾病。但是，类器官模拟人类大脑的程度有限。它们没有发育出血管，因此不能接受营养，这意味着它们不能长期存活。而且，它们没有得到充分生长所需的刺激：在人类婴儿的大脑中，神经元的生长以及它们如何与其他神经元建立联系，部分需基于感觉信号输入。

研究人员将一个人脑类器官（亮绿色）移植到新生幼鼠的大脑中，创造了一个神经元连接的融合大脑。来源：斯坦福大学

为了给大脑类器官给予这类刺激和支持，斯坦福大学神经科学家Sergiu Pasca和同事从人类干细胞中培育出类脑结构，然后将其注射到新生幼鼠的大脑中，期望人类细胞能与老鼠自身的细胞一起生长。该研究小组将类器官置于大脑的体感皮层，该区域接收来自大鼠胡须和其他感觉器官的信号，然后将其传递给解释信号的其他大脑区域。

人类脑细胞的成熟速度比大鼠细胞慢得多，因此研究人员不得不等待6个多月，才能让类器官完全融入大鼠脑中。在10月10日的新闻发布会上，Pasca说，当他们在实验结束后检查动物的大脑时，他们看到融合非常成功，简直就像“在电路中增加了一个晶体管”一样。 

哈佛大学分子生物学家Paola Arlotta对这些结果感到兴奋。她说：“这是让类器官告诉我们大脑更复杂特性的重要一步。”尽管她认为移植过程可能仍然过于昂贵和复杂，无法成为标准的研究工具。Arlotta补充说，下一步将是研究人类神经元个体如何整合到大鼠脑中，而不仅仅是发育完全的类器官。

由人源干细胞所分化的神经元移植到大鼠大脑中（右）比在培养皿中培养的神经元（左）生长得更完全。来源：斯坦福大学

为了证明他们的工作在研究大脑疾病方面的前景，Pasca和他的同事还提取了三名Timothy综合征患者的干细胞创建了大脑类器官，该综合症可导致类似于自闭症的一些症状。这些微小的类脑结构看起来和其他在培养皿中生长的大脑类器官一样，但当研究人员将它们移植到大鼠脑中时，它们并没有生长到其他类脑组织的体积，它们的神经元也没有以同样的方式放电。

加州索尔克生物研究所神经科学家Rusty Gage对这些研究结果感到高兴。2018年，他和一个研究小组发现，移植的人脑类器官可以整合到成年小鼠的大脑中^[2]。小鼠生长周期不像大鼠那么长，Pasca和同事希望新生幼鼠能更好地接受新细胞，因为它们的大脑比成年小鼠的大脑更具可塑性。

“我们遇到了挑战。” Gage说，“但我相信这类移植程序将是一个宝贵工具。”

其中一些挑战涉及伦理方面。人们担心创造人鼠杂交动物可能会伤害动物或创造出具有类似人类大脑的动物。去年，由美国国家科学、工程和医学院成立的一个调查小组发布了一份报告，其结论称人类大脑类器官仍然过于原始，无法形成意识，不能达到类似人类的智力或其他可能需要法律监管的能力。Pasca说，他们团队的类器官移植并没有导致大鼠出现癫痫或记忆障碍等问题，而且似乎没有明显改变动物的行为。

但美国国家科学院小组成员Arlotta说：“问题可能会随着科学的发展而出现，我们不能只讨论一次就不管它了。”她补充道，对人类类器官的担忧，需要与神经和精神疾病患者的需求作权衡。大脑类器官和人-动物融合大脑可以揭示这些疾病的潜在机制，并帮助研究人员测试精神分裂症和双相情感障碍等疾病的治疗方法。Arlotta说：“我认为我们有责任作为一个社群去尽自己的一份力。”

参考文献：

1. Revah， O. et al. Nature 610， 319–326 (2022).

2. Mansour， A. A. et al. Nature Biotechnol. 36， 432–441 (2018).

原文以Human brain cells implanted in rats prompt excitement — and concern为标题发表在2022年10月12日《自然》的新闻版块上

© nature doi: 10.1038/d41586-022-03238-x

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Sara Reardon