这可能为从癫痫、自闭症到脑瘫等人类神经系统疾病提供一个前所未有的窗口。
医学有时听起来很离奇。研究人员已经创造出活体小鼠，其大脑外层几乎完全由人类组织构成。
斯坦福大学清除了这些啮齿动物原有的神经通路，制造出一个空间真空，让实验室培养的人脑组织填补空缺。人类细胞占据了小鼠全部脑空间的大约一半，并成功接入宿主的血液供应、局部神经元和脊髓。
由此产生的“异种皮层”动物，为从癫痫、自闭症到脑瘫等人类神经系统疾病提供了一个前所未有的窗口。
研究人员在论文中写道：“我们设想，异种皮层化将有助于利用人类神经元获得回路和行为层面的读出结果，以研究神经发育、模拟疾病并开发疗法。”
上面的图像是通过异种皮层小鼠大脑的横断面MRI扫描，显示了估计的神经纤维路径和方向的图谱。
重连实验室小鼠
人脑组织本质上难以获取，这使得研究神经发育和功能异常困难。如今，源自人类干细胞的神经模型正在帮助研究人员克服这一障碍。
这项技术还让人得以在了解细胞发育的同时洞察宿主行为。最终，这些混合模型为实时研究人类大脑健康与疾病提供了一条有前景的途径。
典型的啮齿动物大脑过于拥挤，无法让人体组织大规模生长。空间竞争总是胜出，人类细胞被挤了出去。
为克服这一问题，由 Sergiu Pașca 博士领导的研究团队对小鼠进行基因改造，阻断其自身大脑皮层和海马体的发育。这些动物出生时便存在巨大的结构空白。随后进行移植。
科学家将人类皮肤细胞转化为干细胞，将其培养成微型脑类器官，并注射到幼鼠体内。这些微小的人类细胞团存活下来，并迅速扩增。
三个月内，移植的人体组织扩大了五倍，直接连接到小鼠血管，并将神经纤维向下延伸至动物的脊髓。
实验室培养的人脑组织在移植后迅速扩增，生长到填满小鼠大部分皮层空间。随着它生长，它发育成多种特化的人脑细胞。这些新细胞随后直接连接到小鼠现有的神经系统。
对罕见神经细胞的惊人观察
脑扫描和电测量显示，移植的人类细胞以有组织的模式放电，表现得像正在发育的脑回路。小鼠仍能四处走动并正常活动。然而，研究人员注意到，它们在协调四肢和执行日常自发习惯方面出现了细微变化。
团队指出：“对无皮层小鼠和异种皮层小鼠的行为分析显示，运动能力大体保留，同时肢体协调存在选择性差异，自发行为的组织方式也发生了改变。”
医学意义立竿见影。在概念验证测试中，研究人员将异种皮层小鼠暴露于低氧环境五小时。人类神经元遭受严重且选择性的损伤，模拟了人类婴儿在难产过程中导致脑瘫的细胞崩解。
令人惊讶的是，该平台还产生了罕见的 von Economo 神经元（冯·埃科诺莫神经元）；这种特化细胞受额颞叶痴呆严重影响，此前无法在实验室中有效培养。
伦理监督依然严格。随着研究推进，生物伦理学家和哲学家积极监测动物的福利和认知状态。然而，对于数百万患有无法治疗的神经系统疾病的人来说，这些嵌合体啮齿动物代表着向前迈出的关键一步——将人类大脑的黑箱带入光明。
研究结果于9月16日发表在《自然》杂志上。
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