生物工程师在类器官研究领域取得了一项重大突破，使我们更接近神经生理学分析和治疗的新时代。约翰·霍普金斯大学的一个团队已经创造了一些最早的全脑类器官，这些类器官包含了来自人类大脑每个区域的相互连接、功能性的组织。
根据他们在期刊《Advanced Science》上发表的论文，这些神经元细胞团块表现出的活动与40天大的人类胎儿相似，并可能很快就能为帕金森病和阿尔茨海默病等疾病提供更好、更有效的药物治疗。
脑类器官的发育是最有前途、最复杂、也最超现实的生物医学前沿领域之一。这些在实验室培育的细胞培养物源自多能性人类干细胞，它们充当着原始的“大脑”，缺乏意识但保留着记忆和学习等基本认知功能。虽然最初受到二维设计的限制，但更新的三维结构已经能够玩简单的《乓》游戏和驱动小型机器人。
这些演示并非仅仅是令人印象深刻的实验室把戏——这些复杂的、可定制的细胞团块可以开启神经精神病学研究和治疗、脑机接口，甚至全新的人工类器官智能形式的新时代。然而，多年来，该研究领域一直受到复杂性不足的限制。
“你在论文中看到的大多数脑类器官都只包含一个大脑区域，比如皮层、后脑或中脑，”生物工程师、该研究的主要作者安妮·卡图里亚在声明中说。
理想情况下，卡图里亚和她的同事们希望观察大脑的每个区域协同工作，以便他们能够整体研究神经发育。但这说起来容易做起来难。
“如果我们想了解神经发育障碍或神经精神疾病，就需要研究包含人类细胞的模型，但我不能要求一个人让我看看他的大脑来研究自闭症，”卡图里亚说。“全脑类器官让我们能够实时观察疾病的发展，了解治疗是否有效，甚至为个体患者量身定制疗法。”
经过多年的实验，卡图里亚和她的同事成为世界上首批培育出他们称之为多区域脑类器官（MRBO）的团队之一。为此，研究人员首先在实验室培养皿中培育了来自不同大脑区域的神经细胞以及基本的血管。接下来，他们使用被描述为“生物超级胶水”的粘性蛋白质将各个区域连接起来，从而促进了组织之间的连接。随着这些区域的融合，它们开始作为一个统一的网络产生电活动。研究的作者甚至注意到了早期血脑屏障的形成——这是大脑周围的细胞层，控制着哪些分子可以和不可以进入。
这些MRBO比人脑小得多，每个包含6-700万个神经元——相比之下，成年大脑包含数百亿个神经元。但是，它们拥有早期胎儿大脑发育中80%的细胞，为分析提供了前所未有的机会。例如，在药物试验中使用MRBO可以帮助提高成功率。根据约翰·霍普金斯大学的研究团队的说法，85-90%的所有药物在一期临床试验中失败——而神经精神药物的失败率接近96%。这主要是因为目前大多数生物医学研究人员在早期开发阶段依赖于动物模型。用更接近自然人脑的全脑类器官取代实验室老鼠，很可能会提供更快、更好的结果。
“精神分裂症、自闭症和阿尔茨海默病影响的是整个大脑，而不仅仅是大脑的一个部分，”卡图里亚说。“如果我们能够了解在发育早期出现了什么问题，我们或许就能找到新的药物筛选靶点。”
