突破性进展:世界首个拥有血脑屏障的人造大脑问世
关键词: #健康资讯
关键词: #健康资讯
近日,发表在《细胞干细胞》(Cell Stem Cell)杂志上的一项研究取得了重大进展,可能加速对多种脑部疾病的理解和改进治疗。这些疾病包括中风、脑血管疾病、脑癌、阿尔茨海默病、亨廷顿病、帕金森病以及其他神经退行性疾病。
在这项由辛辛那提儿童医院专家领导的研究中,研究团队开发出了世界上第一个包含全功能血脑屏障(BBB)的类人迷你大脑。这一突破性成就于2024年5月15日发表在《细胞干细胞》上,预示着对各种脑部疾病的理解和治疗将得到极大改善。
首席通讯作者Ziyuan Guo博士表示,“缺乏真实的人类血脑屏障模型一直是研究神经系统疾病的主要障碍。我们通过从人类多能干细胞中生成血脑屏障类器官,模拟人类神经血管的发育,从而成功再现了功能性脑组织屏障。”这项研究克服了目前动物模型不能准确反映人类大脑发育和血脑屏障功能的局限。
什么是血脑屏障?
血脑屏障是一层由紧密排列的细胞组成的内膜,位于大脑中的血管中。这层屏障极大地限制了分子从血液进入中枢神经系统(CNS)。正常情况下,血脑屏障可以防止有害物质进入大脑,同时允许必需的营养物质通过,从而维持大脑的健康。然而,这种屏障也阻止了许多可能有用的药物进入大脑。当血脑屏障形成不当或开始受损时,会引发或加剧多种神经系统疾病。
新模型的开发
人类和动物大脑之间存在显著差异,这导致了许多依赖动物模型开发的新药在临床试验中失败。Guo博士指出,“通过干细胞生物工程技术,我们开发了一个基于人类干细胞的创新平台,能够研究控制血脑屏障功能和失调的复杂机制,为药物发现和治疗干预提供了前所未有的机会。”
世界各地的研究团队一直在竞相开发大脑类器官,这种微小的3D结构能够模拟大脑发育的早期阶段。与在实验室培养皿中扁平生长的细胞不同,类器官细胞能够自我组装成球形,并相互“交流”,类似于胎儿发育期间的细胞行为。
辛辛那提儿童医院在开发其他类型的类器官方面一直处于领先地位,包括功能性肠、胃和食道类器官。然而,直到目前,还没有研究中心成功制造出具有人类脑血管内衬的脑类器官。
血脑屏障组装体的诞生
研究小组称他们的新模型为“血脑屏障组装体”,结合了两种不同类型的类器官:复制人类脑组织的类脑器官和模拟血管结构的类血管器官。通过约一个月的时间,这些独立的结构融合成一个直径略大于4毫米的球体,重建了在人脑中观察到的许多复杂的神经血管相互作用。
虽然这些集成类器官并不是大脑的完整模型,但它们提供了研究人类脑血管结构和功能的新途径。该团队还成功将健康人类干细胞和患有特定脑部疾病的人的干细胞整合到血脑屏障组装体中,从而反映出可能导致血脑屏障功能障碍的基因变异。
概念验证
为了验证新组合体的效用,研究团队使用来自患者的干细胞制造了能够精确复制脑海绵状畸形这一罕见脑部疾病关键特征的组合体。这种疾病特征为血脑屏障功能障碍,导致大脑中出现类似覆盆子的异常血管簇,显著增加中风风险。
“我们的模型准确再现了疾病的表型,为脑血管疾病的潜在分子和细胞病理学提供了新的见解,”Guo博士说。
未来的应用
共同作者设想了血脑屏障组装体的多种潜在用途,包括个性化药物筛选、疾病建模、高通量药物发现、环境毒素测试、免疫疗法的发展以及生物工程和生物材料研究。
Guo博士总结道:“总体而言,血脑屏障组装体代表了一种改变游戏规则的技术,对神经科学、药物发现和个性化医疗具有广泛的影响。”
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15
2024-11-15