大脑，是人体重要器官之一，无数精妙有趣的想法从中诞生，推动了人类社会文明的发展与进步。自近代医学问世以来，科学家们对大脑的研究一直都没有停歇过，但稀缺的大脑样本却大大限制了该项研究的进展，直至类器官技术的问世才缓解了这一尴尬局面。

　　再生医学网获悉，近日，来自斯坦福大学的神经科学家帕斯卡领导其团队将来自于人的多能干细胞经诱导分化为大脑皮质类器官后原位移植于新生无胸腺大鼠的体感皮层中，构建了人鼠混合大脑类器官——t-hCO。相关研究成果发表在在国际顶级期刊Nature上。

　　在这项Nature的重磅研究中，研究人员耗时7年开发了t-hCO大脑类器官系统，并证明了其在体内可以参与大脑神经环路，从而调节大鼠神经元活动和行为反应。

　　众所周知，人类大脑发育过程是一个复杂的过程，其中神经元增殖、分化、迁移和连接以形成功能性神经环路的机制和过程仍有待研究。

　　近年来，大脑类器官培养技术的发展使得研究人员可以对特定脑区的发育过程和功能进行研究。然而，已有的大脑类器官并没有产生行为输出的神经环路，限制了其在神经类疾病方面研究的发展。

　　为了解决上述问题。在这项研究中，研究人员将体外诱导分化产生完整的三维脑类器官hCO定向移植到出生后3-7天的无胸腺大鼠的脑部S1区中（负责处理触觉信息的初级感觉区域称作体感带（S1区），位于顶叶前部），并在移植后2-3个月对大鼠脑部进行MRI成像，观察t-hCO的生长状态。结果表明，在体移植后的t-hCO在3个月内体积增加了9倍，而移植12个月后，移植动物存活率为74%，并且没有明显的运动和记忆缺陷、神经胶质细胞增生或脑电图（EEG）异常。

　　随后，研究人员通过免疫荧光鉴定了t-hCO内的共表达PPP1R17（皮质祖细胞）、NeuN（神经元）、SOX9和GFAP（神经胶质细胞）或PDGFRα（少突胶质祖细胞）等标志的细胞以及血管内皮细胞的存在。表明了hCO的成功诱导分化。

　　进一步地，在t-hCOs诱导分化的第8个月，研究人员利用单细胞核转录组测序对t-hCOs内的细胞分群进行了单个细胞层面的分析。单细胞测序结果鉴定了t-hCOs存在的包括深层和表层谷氨酸能神经元、循环祖细胞、少突胶质细胞和星形胶质细胞等细胞。

　　此外，研究人员发现体外培养的hCOs与体内移植生长的t-hCOs之间存在一定的差异性。

　　研究人员进一步验证了前述单细胞测序结果的差异是否与体外hCO和体内t-hCOs之间的形态差异有关。结果发现t-hCOs总树突长度比体外hCO增加6倍，神经元中的树突棘密度也显著高于hCO神经元。电生理学检测表明t-hCOs膜电容升高了8倍，静息膜电位更加超极化（约20 mV），电刺激在t-hCO神经元中引起比体外hCO神经元更高的放电率。这些电生理特性是与前述t-hCO更大、更复杂的形态特征一致的。

　　综合来说，在转录、形态和功能分析中，与hCO神经元相比，t-hCOs神经元表现出更为成熟的分化特征。

　　此外，研究人员还利用前述单细胞测序数据与人类胎儿和成人大脑皮层细胞以及其发育过程中的基因表达数据进行了对比分析。结果表明hCO和t-hCO在分化7-8个月时的整体转录组成熟状态与体内发育时间大致匹配，并且相当于于胎儿晚期；而在形态学上，t-hCOs与人类L2/3神经元的相似度更高。

　　最后，研究人员验证了t-hCO能否用于精神疾病模型的构建和研究。提摩西综合症（TS）是一种遗传性自闭症相关疾病。研究人员从三名TS患者体和三名正常患者内分离干细胞并诱导分化了hCO，移植后结果表明TS t-hCO与对照组相比具有异常的树突分支模式，但在类似分化阶段的体外TS hCO中则不存在。进一步地，研究人员证明了t-hCO在解剖学上可以整合到大鼠大脑中，从而能够被宿主大鼠组织激活，并进一步在体内环境中被感觉刺激激活，参与神经环路驱动的行为，实现对大鼠活动的调节功能。

　　作为干细胞技术的延伸应用，类器官技术自问世起就备受医学界人士青睐，并在医学研究领域绽放出耀眼光彩。对此，再生医学网表示，随着该项研究成果的问世，相信将有助于拓宽大脑类器官的应用范畴，从而彻底改写大脑类器官发展史。