3D微型大脑加速药物筛选和脑功能研究

休斯敦卫理公会科学研究所正在利用人类干细胞制造微型大脑，这使研究人员能够在大脑和脊髓受伤或疾病后迅速修复神经系统。

休斯顿卫理公会的神经科学家罗伯特·克伦西克(Robert Krencik)博士和他的团队开发了一种新系统，以减少建立这些大脑模型所需的时间，这将使他们能够更快地筛选药物并研究导致疾病的突变背后的原因。在12月12日的《干细胞报告》中，标题为“系统性三维共培养可快速概括人类神经元与星形胶质细胞之间的相互作用”的文章中描述了他们的发现。

克伦西克说：“我们总是觉得我们在实验室里所做的并不是精确地模拟细胞在人脑中的行为。”“因此，当我们第一次将这些细胞系统地组合在一起时，它们极大地改变了它们的形态复杂性，大小和形状。正如您在人脑中看到的那样，它们看起来像细胞，因此现在我们可以在更自然的环境中在实验室中研究细胞。”

为什么这很重要?克伦西克说，在传统实验室培养中生长的细胞被放在平坦的培养皿上，分解并以其他方式操纵，从而干扰了它们的相互作用。这导致无法在实验室中复制大脑细胞的形式，结构和发育生长，从而导致看起来非常简单和不成熟的细胞。然而，在人脑中，这些细胞看起来非常复杂，并且彼此之间以及与环境之间以复杂的方式相互作用。现在，新技术专注于3-D培养系统，但是这些研究的详尽时间对于加速发现并不可行。

“通常，培养这些3-D微型大脑需要几个月和几年的时间才能发展，” Krencik说。“我们拥有新的技术来分别使细胞成熟，然后将它们组合在一起，我们发现它们在几周内就能形成成熟的相互作用。因此，通过我们的系统，到达该终点的时间大大缩短了。”

克伦西克(Krencik)的实验室专注于星状细胞(星形细胞)，因为它们是通过帮助增加大脑和脊髓中神经元连接的数量和强度，使大脑的神经元相互连接和交谈的关键因素。它们与大多数神经疾病有关，也负责维持健康的神经系统。通过Krencik小组的生物工程模型，星形胶质细胞的整合加速了周围神经元的连接。

克伦西克(Krencik)的小组是第一个将星形胶质细胞专门改造到这些3-D微型大脑中的小组。这样，这导致星形胶质细胞和周围神经元的加速成熟。他在本文中首次对其进行介绍，他创造了这些经过生物工程改造的微型大脑“小行星”，以区别于其他类型的3-D球形培养物(称为类器官)。克伦奇克的“小行星”包含特定数量的星形胶质细胞，而类器官具有不确定的数量和类型的细胞。

“使用我们的系统，我们可以生成成熟的星形胶质细胞，并使它们与神经元发生紧密的相互作用，比以前更大。” Krencik说。“与大脑和身体其他部位的其他细胞不同，星形胶质细胞在人类中具有独特的特性。人们认为它们部分负责人类的独特认知功能，也可能是人类疾病(例如阿尔茨海默氏病和自闭症谱系障碍)的基础。”

最终，Krencik使用这些“小行星”形成功能性神经回路，研究人员可以通过实验来操纵这些神经回路，以开发治疗方法并破译导致疾病发作的原因。克伦西克说，它们可以从任何疾病或患者体内产生诱导性多能干细胞，通常称为iPS细胞，然后形成这些小脑来研究疾病过程，并筛选出可治疗的化合物以帮助开发药物。在大约五年内，他的目标是使用该系统进行临床试验，以改善或再生一个人的神经系统受损。

与Krencik合作的研究人员包括来自休斯顿卫理公会研究所的Philip J. Horner，Nupur Basu，Caroline Cvetkovic和Saba Barlas。迈克尔·沃德(Michael E. Ward)，美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所;李甘，戴维·H·罗维奇，埃里克·M·乌利安，罗伯特·陈，康纳·路德维希，王超，Kyounghee Seo和Jessy V. van Asperen在加州大学旧金山分校工作。

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