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人脑类器官:器皿中的“黄豆”开始“发芽”

2017-11-13 09:30 来源:科技日报 聂翠蓉 综合外电

  人脑类器官具有大脑的初级形态,但并不是真正的大脑,是为了研究而制造的简化模型。

  4年前,奥地利科学家发现了用干细胞培育人脑组织的方法,人脑类器官自此取得惊人进展;现在,它们已经能模拟真实大脑随电刺激跳动,像成熟大脑一样生成新的神经元,发育成大脑内负责思考、语言、判断和其他认知功能的6层皮质区。这些类脑器官不到一粒黄豆大小,只在实验室器皿中进行研究。

  但据《科学美国人》杂志网站报道,美国两组科学家团队在近日举行的美国神经科学协会年会上称,他们将人脑类器官植入实验鼠大脑内。其中索克生物研究所著名神经生物学专家弗莱德·H.盖杰的团队证明,人脑类器官在植入后与老鼠的血液循环系统建立了连接,其内的神经元还能将传递神经信号的轴突输入老鼠的多个脑区。

  宾夕法尼亚大学的艾萨克·陈领导的神经外科团队则发现,当用光照射实验鼠的眼睛时,植入的人脑类器官中的神经元闪出信号,表明人鼠脑组织在功能上实现了一体化。

  蓬勃发展的类脑器官研究,在为人脑发育和神经性疾病的认知带来革命性变化的同时,再次面临着是否会让实验动物拥有人类情感和意识等伦理争议。

  人脑类器官在老鼠体内功能化

  上述实验论文都还没有正式发表。盖杰团队已将论文提交给某著名科学杂志,因此只向大会提交了摘要。从摘要内容看,人脑类器官被植入实验鼠后,成功与老鼠的血液循环系统连接,且一些成熟神经细胞将神经轴突延伸到老鼠的多个脑区,在类脑器官与鼠脑间传递起神经信号。但类脑器官的大小以及老鼠行为能力是否发生改变等论文内容,盖杰没有过多透露。

  艾萨克·陈向大会展示了其团队关于人脑类器官研究的21篇论文。他们将人脑类器官植入11只成年鼠脑内的次级视觉皮层区,这部分视觉区负责处理所看物体的颜色和方向等视觉信号。论文称,这些直径2毫米的人脑类器官都至少存活了2个月之久,一些人脑轴突衍生进鼠脑内,其中还有轴突在鼠脑内再生了1.5毫米,进入连接左右脑半球的胼胝体中。他们用光照射老鼠眼睛时发现,人脑类器官内的神经细胞受到刺激,发出闪光信号,证明人脑组织在老鼠体内完全功能化。

  为脑科学带来革命性影响

  除了这两大实验团队首次公布植入动物体内的研究成果,在这次神经科学年会上,科学家们还透露了人脑类器官在实验室研究中的重大进展。比如,有科学家在实验器皿中,将人脑类器官与视网膜细胞连接,让它们拥有了感光能力,从而产生了视觉;还有科学家将模拟人体前脑的上下两部分器官合并在一起,在两部分器官间建立起神经连接,从而研制出3D类脑器官,向模拟不同脑区间的复杂关联迈出了一大步。

  有了这些实验经验,科学家们可将2个、3个甚至1000个类器官连在一起,获得越来越大的类脑结构,模拟成熟人脑以及找出孤独症、癫痫病以及精神分裂症等神经性疾病的病因。

  艾萨克·陈研究类脑器官的最大目的是修复大脑损伤。他们认为人脑是非常严格有序的结构,现有类脑组织植入大脑后功能会自我完善,与受损部位建立连接并对其进行有效修复。类脑器官的研究,将为神秘莫测的大脑科学带来革命化影响。

  快速发展需伦理管理跟上

  但随着类脑科学进入动物实验的新阶段,科学家们开始呼吁,相关伦理学必须跟上其快速发展的步伐。

  目前在美国,国立卫生研究院只出台了禁止将人体干细胞加入脊椎动物早期胚胎研究的法规,还没有关于人体类器官植入的管理规定。人们对类器官研究进展到何种程度认知不足,也没有呼吁成立专门委员会研究相关政策。

  斯坦福大学法律学者和生物伦理学家汉克·格瑞立表示,虽然现在的类脑器官还没形成思维,植入鼠脑的数量很小,不可能让老鼠产生意识或高级智能,但这些后果需要提前防备,一旦动物实验让老鼠拥有了自尊感等人性化特征,它们的物种身份将变得难以定义。

  尽管存在各种伦理担心,从事类脑器官研究的科学家们表示,让类脑器官拥有人类认知和感情能力,还是非常遥远的假想。而他们的共同目的,是将来通过注射神经元或植入类脑组织,让中风、孤独症、帕金森症等神经性疾病患者彻底摆脱病痛,过上更健康的生活。

  (科技日报北京11月12日电)

(责任编辑:王蔚)

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