類器官揭示大腦形成過程 追蹤大腦起皺的生理機制

一個類器官在誕生後3-11天的發展形態熒光圖像，其中皺紋的出現是顯而易見的。

人類的大腦在出生時就已經有像核桃一樣布滿褶皺的形態了，而那些大腦沒有褶皺的嬰兒患有「平滑大腦綜合症」的嚴重先天發育缺陷，他們的預期壽命明顯要短許多。據《自然·物理學》2月20日發表的一篇論文稱，以色列魏茨曼科學研究所的科學家通過研究導致這種缺陷的基因來探索大腦形成褶皺的物理動因，已經從人類細胞中培育出微小的「片狀大腦」，從而追蹤大腦起皺過程背後的物理與生物機制。研究人員表示還將繼續完善這一研究方法，該研究成果可能會幫助人類進一步認識與大腦發育緊密相關的一些疾病，比如小頭症、癲癇和精神分裂症等。

以色列魏茨曼科學研究所分子遺傳學部門的奧利·賴納（Orly Reiner）教授繼承了日本教授笹井芳樹（Yoshiki Sasai）和奧地利教授Juergen Knoblich的衣缽，在實驗室胚胎幹細胞培育微型類器官大腦方面更進了一步。

賴納實驗室成員埃亞勒·卡茲布昂（Eyal Karzbrun）博士開發出了一種新的手段來培育類器官，能夠讓研究小組實時跟蹤其生長過程。他限制了器官縱向的生長，成形的器官就像一張圓而扁平的圓麵餅，中心有一個薄薄的空隙。這一形狀可讓研究人員向所有細胞提供營養。在該「大腦」發育的第二星期，褶皺開始出現，然後隨之加深。卡茲布昂博士表示：「該系統結構讓我們第一次在類器官大腦中觀察到其表層摺疊的出現。」

研究小組還培育出了包含與平滑大腦綜合症患病嬰兒相同的突變基因的新的類器官大腦。帶有突變基因的類器官長大後的尺寸與之前的那一組相同，但它們長出的皺褶很少，僅有的皺褶也與正常的有很大的不同。研究人員假設是細胞物理性質的差異導致了不同。通過彈性測量，正常細胞的硬度大約是突變細胞的兩倍，也就是說突變細胞基本上是軟的。賴納教授說:「我們發現這兩種類器官中細胞在物理性質上存在顯著差異，並且我們還觀察到它們的生物特性也存在差異。例如，在突變的器官中心的細胞核移動得更慢，我們在基因表現方式上也看到了顯著的差異。」

在該論文發表之前，科學界就對這種培育類器官的新方法表現出了極大的興趣。賴納教授說:「這並不完全是一個大腦，但它是大腦發育一個很好的模型。現在，我們對大腦產生褶皺的原因有了更深的理解，也對那些因突變基因而產生的平滑大腦有了進一步的認識。」

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編譯：朱明逸

責編：朱凡

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