Ein Mensch-Maus-Hybridgehirn erscheint! 7-Jahres-Forschung der Stanford University in Nature veröffentlicht

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Gehirnorganoide vom Menschen werden nun in den Händen von Wissenschaftlern erfolgreich mit Mausgehirnen kombiniert.

Und wenn Sie den Schnurrbart einer Maus berühren, können diese Gehirnzellen normal reagieren.

Die Ergebnisse dieser Forschung aus Stanford wurden in der neuesten Ausgabe von Nature veröffentlicht.

Wie tief ist die Kombination dieses „Mensch-Maus-Hybridgehirns“?

In den eigenen Worten des korrespondierenden Autors Sergiu Pasca, einem Stanford-Neurowissenschaftler: Es ist, als würde man einem Schaltkreis einen neuen Transistor hinzufügen.

Was um alles in der Welt ist los?

Integration von menschlichem Gehirngewebe in Rattenhirn

Um dies zu verdeutlichen, müssen wir mit

Organoiden

beginnen. Organoide sind eine Ansammlung von Zellen, die aus menschlichen Stammzellen wie embryonalen Stammzellen und induzierten pluripotenten Stammzellen kultiviert werden.

In den letzten Jahren waren Organoide ein wichtiger akademischer Hotspot im Bereich der Neurowissenschaften, da diese dreidimensionalen Mikroorgane einige Schlüsselmerkmale ihrer repräsentativen Organe enthalten und zur Simulation menschlicher Entwicklung und Krankheit in vitro verwendet werden können.

Mit anderen Worten: Mit Hilfe von Organoiden können Wissenschaftler verschiedene Strukturen von Nieren, Darm und sogar Gehirnen direkt in einer Petrischale beobachten, um die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen zu erforschen.

Bequemlichkeit ist Bequemlichkeit, aber Organoide haben auch viele Einschränkungen.

Obwohl Gehirnorganoide beispielsweise das menschliche Gehirn imitieren können, ist es schwierig, wie bei einem echten Gehirn neuronale Verbindungen herzustellen, und sie können nicht in andere neuronale Schaltkreise integriert werden, die das Verhalten steuern.

Forscher der Stanford University wollen diese Einschränkung durchbrechen.

Ihr experimenteller Plan ist:

Zunächst werden menschliche Stammzellen verwendet, um eine gehirnähnliche Struktur ähnlich der Großhirnrinde zu kultivieren.

Dann transplantieren Sie es in den somatosensorischen Kortex des Gehirns von athymischen Ratten, die gerade einmal 2–3 Tage alt sind. Dieser Bereich des Gehirns der Ratte empfängt Signale von den Schnurrhaaren und anderen Sinnesorganen und gibt sie an andere Gehirnbereiche weiter.

Die Zahl der neugeborenen Ratten, die an dem Experiment teilnehmen, beträgt etwa 100. Sie werden alle in denselben Teil des Gehirnorganoids implantiert, damit Wissenschaftler dessen Entwicklung besser überwachen können.

Zuerst waren diese menschlichen Gehirngewebe nur etwa 5 mm lang, aber nach 6 Monaten nahmen sie 1/3 der Gehirnhälfte der Ratte ein.

Der Grund, warum diese menschlichen Gehirngewebe wachsen können, liegt darin, dass Rattenendothelzellen schnell in sie eindrangen und Blutgefäße bildeten. Blutgefäße versorgen menschliche Zellen mit Nährstoffen und Signalstoffen und transportieren Stoffwechselabfallprodukte ab.

Forscher beobachteten außerdem, dass residente Immunzellen in Rattengehirnen auch in transplantiertem menschlichem Gehirngewebe auftraten.

Darüber hinaus zeigen experimentelle Ergebnisse, dass Neuronen aus Organoiden erfolgreich einen Arbeitsmechanismus im Gehirn der Ratte aufgebaut und in die eigenen neuronalen Schaltkreise der Ratte integriert haben.

Mit anderen Worten, diese menschlichen Gehirngewebe wurden mit dem Gehirn der Ratte vermischt und

ein Teil davon geworden

! Zu diesem Zeitpunkt fanden Forscher heraus, dass auch menschliche Zellen im somatosensorischen Kortex von Mäusen reagierten, wenn sie ihre Schnurrhaare berührten.

Darüber hinaus haben Forscher auch einiges menschliches Gehirngewebe speziell bearbeitet, sodass einzelne Neuronen durch blaues Licht bestimmter Frequenzen aktiviert werden können.

Die Ratten, denen diese menschlichen Gehirngewebe implantiert wurden, nahmen an einem neuen Training teil: Ultradünne optische Fasern wurden in ihre Gehirne implantiert. Wenn diese optischen Fasern blaues Licht aussendeten, konnten sie Wasser aus dem Wasserhahn trinken.

Die Ergebnisse zeigten, dass diese Ratten lernten, blaues Licht mit Trinkwasser in Verbindung zu bringen. Dies zeigte, dass die implantierten menschlichen Gehirnzellen tatsächlich an der Arbeit des Rattenhirns beteiligt waren.

Es ist erwähnenswert, dass Forscher erwähnten, dass in Rattengehirne transplantierte Gehirnorganoide in Form und Funktion komplexer sind als in vitro kultivierte Gehirnorganoide.

Was bedeutet das?

Wissenschaftler brachten zum Ausdruck, dass sie hoffen,

durch solche Experimente menschliche neurodegenerative Erkrankungen und psychische Erkrankungen weiter zu erforschen

und dann einige wirksame neue Medikamente zu entwickeln. Die Epilepsie, die Alzheimer-Krankheit, das Parkinson-Syndrom und die amyotrophe Lateralsklerose, von denen wir oft hören, sind allesamt neurodegenerative Erkrankungen.

Um ein tieferes Verständnis der Gehirngewebeaktivität bei Patienten mit neurologischen Erkrankungen zu erlangen, dauerte diese Forschung insgesamt 7 Jahre.

In einem Experiment implantierten Forscher Gehirnorganoide, die aus Stammzellen von Patienten mit Timothy-Syndrom gezüchtet wurden gesundes Organoid des menschlichen Gehirns zum Vergleich.

​

(

TiDas Mosey-Syndrom ist eine seltene genetische Erkrankung , Patienten sind anfällig für Herzrhythmusstörungen)Nach fünf bis sechs Monaten der Implantation bei Mäusen beobachteten sie, dass die erkrankten Zellen kleiner waren und eine ähnliche elektrische Aktivität aufwiesen wie gesunde Gehirnzellen.

Darüber hinaus wurde die Dendritenmorphologie an den Enden von TS-Neuronen deutlich verändert.

Weitere Analysen ergaben, dass in ähnlichen Differenzierungsstadien das dendritische Verzweigungsmuster von TS t-hCO in Rattengehirnen abnormal war, während das dendritische Verzweigungsmuster von in vitro kultivierten TS t-hCO nicht zum Ausdruck kam Situation eintritt.

Die Forscher stellten fest, dass die Verzweigungsmuster im Gehirn der Ratten abnormal waren, was mit ihren früheren Forschungen zu der Krankheit übereinstimmte.

Es ist ersichtlich, dass die Wirkung der Aufdeckung von Krankheitsphänotypen durch die Implantation menschlicher Gehirne in Ratten recht gut ist.

Insgesamt hat diese Forschung die Aufmerksamkeit vieler Menschen in biologischen und medizinischen Kreisen auf sich gezogen.

Madeline Lancaster, Mitglied des Medical Research Council von Cambridge, Großbritannien

(Madeline A. Lancaster)

kommentierte: #🎜🎜 #Dies Die Forschung ist insgesamt recht fortschrittlich und bietet eine neue Möglichkeit, Krankheiten zu verstehen, die mit Funktionsstörungen von Gehirnzellen einhergehen.

Es ist erwähnenswert, dass diese Forschung auch neue ethische Fragen aufgeworfen hat. Die Außenwelt ist besorgt, dass diese „menschlichen + anderen biologischen Hybriden“ das Tierwohl ernsthaft schädigen und sogar „Ratten“ hervorbringen werden ". "Leute" kommen.

Aber tatsächlich scheint es, dass bisher kein großes Problem aufgetreten ist und die Mäuse durch die Implantation menschenähnlicher Gehirne nicht schlauer geworden sind.

In einem im letzten Jahr von den National Academies of Sciences, Engineering and Medicine veröffentlichten Bericht heißt es: „Vom Menschen stammende Gehirnorganoide sind immer noch zu primitiv, um Bewusstsein oder menschliche Intelligenz zu bilden.“ #Professor Pascal, der korrespondierende Autor dieses Artikels, sagte, dass Ratten, gemessen an ihrem experimentellen Prozess und ihren Ergebnissen, Organoide des menschlichen Gehirns sehr gut vertrugen und die Transplantation keine Probleme wie Epilepsie verursachte.

Trotzdem gibt es in der akademischen Gemeinschaft immer noch viele skeptische Stimmen.

Arlotta, ein Mitglied des Teams der National Academy of Sciences, ist anderer Ansicht. Sie ist der Meinung, dass mit der Entwicklung der Wissenschaft wahrscheinlich neue Probleme entstehen werden.

Sie sagte, dass das Thema „die Integration menschlicher Organe mit anderen Organismen“ kontinuierlich beachtet werden sollte und nicht nur einmal diskutiert und dann ignoriert werden dürfe.

Vor allem Primaten wie Affen und Orang-Utans sind dem Menschen ähnlicher, sodass sich die hirnähnlichen Organe des Menschen in ihrem Körper wahrscheinlich reifer entwickeln und einen größeren Einfluss auf das Verhalten der Tiere haben.

In diesem Zusammenhang sagte Professor Pascal, dass sie solche Forschungen in Zukunft nicht mehr durchführen werden und andere nicht dazu ermutigen werden, solche Forschungen durchzuführen.

Darüber hinaus wiesen einige Forscher auch auf die Einschränkungen dieser Studie hin:

Obwohl die Ergebnisse der Implantation des „Mini-Menschengehirns“ in Ratten besser sind als die anderer früherer Studien Tierversuche Noch besser, aber aufgrund räumlich-zeitlicher und artübergreifender Einschränkungen können stark reduzierbare menschliche neuronale Schaltkreise nicht gebildet werden, selbst wenn sie in frühen Entwicklungsstadien transplantiert werden.

Bennett Novitch, Mitglied des Biomedical and Stem Cell Research Center der UCLA, kommentierte auch:

Die Verwendung von Ratten, denen menschliches Gehirngewebe implantiert wurde, zum Testen von Medikamenten ist für kleine Studien machbar. ist für Pharmaunternehmen jedoch aufgrund der Notwendigkeit von Geschwindigkeit und Skalierbarkeit immer noch nicht machbar.

Forschungsteam

Das Team, das diese Studie durchführte, kam aus der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften und der Abteilung für Vergleichende Medizin der Stanford University.

Gemeinsamer Auftritt: Omer Revah, Felicity Gore und Kevin W. Kelly.

Omer Revah, PhD in Physiologie und Computational Neuroscience an der Hebrew University. Nach seinem Doktortitel arbeitete er als Postdoktorand in der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften der Stanford University Professor an der Fakultät für Veterinärmedizin der Hebräischen Universität.

Felicity Gore, derzeit in der Forschung am Department of Bioengineering der Stanford University tätig.

Kevin W. Kelly arbeitet derzeit in den Bereichen Neurowissenschaften und Genomik in der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften in Stanford.

Korrespondierender Autor Pasca

(Sergiu Pasca)

ist derzeit Professor in der Abteilung für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften der Stanford University.

Papieradresse:

​https://www.nature.com/articles/s41586- 022-05277-w​

参考链接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x
[2]https://www.washingtonpost.com/science /2022/10/12/brain-tissue-rats-stanford/

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