研究：在实验室中培育的类脑器官具有对光有反应的“眼睛”

“我们的工作强调了脑器官生成原始感觉结构的非凡能力，这些结构对光敏感，并拥有与身体中发现的细胞类型相似的细胞，”高级研究作者、杜塞尔多夫大学医院的Jay Gopalakrishnan说。“这些器官可以帮助研究胚胎发育过程中脑-眼的相互作用，建立先天性视网膜疾病的模型，并为个性化的药物测试和移植疗法产生患者特定的视网膜细胞类型。”

人类大脑发育和疾病的许多方面都可以使用源自多能干细胞的三维脑器官进行研究，多能干细胞可以产生体内的所有细胞类型。研究人员以前曾使用人类胚胎干细胞生成“视杯”，它产生了视网膜-眼睛后面的感光组织层。另一项研究表明，“视杯”结构可以由iPSCs生成，iPSCs来自于经过基因重编程的成人细胞，回到类似胚胎的多能状态。

过去，从多能干细胞中生产的“视杯”主要集中在生成纯粹的视网膜。直到现在，“视杯”和其他三维视网膜结构还没有在功能上被整合到脑器官中。

为了实现这一壮举，Gopalakrishnan和他的团队修改了他们之前开发的将iPSCs变成神经组织的协议。人脑器官形成了“视杯”，它最早在30天内出现，并在50天内成熟为可见结构。这个时间框架与人类胚胎中的视网膜发育相似，可以使某些类型的发育神经生物学实验更加有效。

在四个iPSC捐赠者的16个独立批次中，研究人员产生了314个脑器官，其中72%形成了“视杯”，表明该方法是可重复的。这些结构包含不同的视网膜细胞类型，它们形成了对光有反应的电活性神经元网络。“视杯”脑器官还包含晶状体和角膜组织，并表现出视网膜与大脑区域的连接。Gopalakrishnan说：“在哺乳动物的大脑中，视网膜神经节细胞的神经纤维伸出来与它们的大脑目标连接，这个方面以前从未在体外系统中显示过。”

科学家计划在未来的研究中开发策略，使“视杯”长期保持活力，用它们来研究导致视网膜疾病的机制。