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新的方法可以推动对发育性脑部疾病的研究迈出重要的一步

波恩大学最近的一项研究表明了这一点,研究人员调查了一种罕见的先天性脑缺损的发展。为此,他们将患者的皮肤细胞转化为所谓的诱导多能干细胞。它们从这些“万事通”细胞中产生了大脑类器官-一种类似于正在发育的人类大脑的结构和组织的小型三维组织。

迄今为止,使用培养皿中的人类细胞对人脑发育的研究非常有限:培养皿中的细胞生长平直,因此它们不显示任何三维结构。可以使用模型生物作为替代品,例如小鼠。但是,人脑的结构要复杂得多。因此,人脑的发育障碍在动物模型中只能在有限的程度上被模仿。

波恩大学重建神经生物学研究所的科学家利用干细胞研究的最新进展来解决这一局限性:他们在细胞培养皿中生长了三维类器官,其结构与人类大脑的结构极为相似。这些“微型大脑”提供了对单个神经细胞将自身组织成高度复杂组织的过程的洞察力。“该方法因此为研究人类大脑结构异常提供了全新的机会,”负责大脑发育工作组的Julia Ladewig博士解释说。

罕见脑畸形调查

在他们的工作中,科学家们研究了米勒-迪克综合症。这种遗传性疾病归因于染色体缺陷。结果,患者表现出大脑重要部位的畸形。“在患者中,大脑的表面几乎没有开槽,而是或多或少地光滑了,”该研究的主要作者,博士生Vira Iefremova解释说。到目前为止,导致这些变化的原因仅是部分已知的。

研究人员从Miller-Dieker患者的皮肤细胞中产生了诱导性多能干细胞,然后他们从中生长出大脑类器官。在类器官中,脑细胞会自我组织-与胚胎大脑中的过程非常相似:干细胞分裂;一部分子细胞发育成神经细胞;这些移动到所需的任何地方。这些过程类似于复杂的管弦乐曲,其中遗传物质挥动指挥棒。

对于Miller-Dieker患者,此过程从根本上被破坏了。“我们能够证明这些患者的干细胞分裂方式不同,”与这项研究共同主持的副教授Philipp Koch博士解释说。“在健康的人中,干细胞最初会大量繁殖并形成有组织的,密集堆积的层。它们中只有一小部分会分化并发展为神经细胞。”

某些蛋白质负责干细胞的密集和均匀包装。这些分子的形成在Miller-Dieker患者中被破坏。因此,干细胞没有那么紧密地堆积,并且同时没有这样的规则排列。除其他外,这种不良组织导致干细胞在早期分化。拉德维希说:“三维组织结构的改变因此导致了分裂行为的改变。”“这种联系在动物或二维细胞培养模型中无法确定。”

这位科学家强调说,因此没有新的治疗选择。“我们正在这里进行基础研究。然而,我们的结果表明类器官具有预示着大脑研究新时代所需要的东西。而且,如果我们更好地了解大脑的发育,那么从长远来看,可能会因此而出现针对脑部疾病的新治疗选择。”

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