在出生時，人類嬰兒大腦包含了最多的神經元。然而這種復雜器官如何在子宮內發育一直很難在人體內進行研究。如今，一種可能引起爭議的新方法——在培養皿中用人類胎兒腦組織培養出微小的大腦類器官——可以提供一個現實的模型，并有助于對發育障礙或腦癌進行研究。
1月8日，首次實現這一目標的團隊在《細胞》上報告說，他們可以對組織團塊進行基因工程改造，使胎兒腦類器官（FeBOs）模擬某些疾病。
美國加州大學舊金山分校的神經學家Arnold Kriegstein說，FeBOs可以幫助研究人員解決以前未探索的問題，例如，神經元如何在成熟的大腦中呈現特定角色。
研究人員已經用干細胞制造出模仿大腦和神經系統多個部分的類器官，這些干細胞能夠在適當的刺激和環境下轉化為所有已知的細胞類型。為了研究影響大腦發育的遺傳條件，科學家還可以將患者的成熟細胞“重新編程”為干細胞，以制造類器官。一些干細胞衍生的大腦類器官通常只有米粒大小，甚至產生了類似胎兒大腦的電活動。
但荷蘭瑪西瑪公主兒童腫瘤醫學中心的干細胞生物學家Benedetta Artegiani表示，盡管這些類器官可以作為大腦的有用表征，但起始的干細胞必須通過引入信號分子混合物的“推動”才能進入類似大腦的狀態——這是一個復雜的過程，可能無法完全復制正常的發育。而使用天然胎兒腦組織可能會揭示更多關于人類大腦在這個發育階段的真實樣子。之前的研究已經在人類胎兒的腸道、肝臟和肺組織中制造出了類器官，但尚未在人類大腦中實現這一目標。
因此，Artegiani與荷蘭Hubrecht研究所的干細胞生物學家Delilah Hendriks及同事收集了受孕12周到15周的人類胎兒腦組織。在這一發育階段，人類大腦迅速擴張：許多干細胞已經變成了神經細胞的祖細胞，但并非所有干細胞都分化成各種類型的神經元。
研究人員使用了來自不同大腦區域的組織，包括皮層、前腦和脊髓。他們將樣本切成幾層，并將每層樣本放在一個單獨的培養皿中，每個培養皿中有指示細胞生長的分子。研究人員報告稱，由此產生的每個胎兒大腦類器官都生長成類似于原始組織的3D結構。FeBOs形成的球形組織在中心含有神經元，外部含有祖細胞，這使它們能夠發育成更成熟的大腦。
接下來，為了測試穩定的FeBOs是否會變得更加成熟，研究小組改變了類器官周圍液體介質中的信號分子，使祖細胞停止復制，轉而變成神經元。這些細胞連接在一起，并像在一個完整的大腦中一樣放電。
Artegiani和Hendriks還改變了類器官的DNA。他們使用基因組編輯器CRISPR，使包括膠質母細胞瘤在內的腦癌相關基因發生突變。研究人員發現，這些細胞如預期的那樣失去了控制，對抗癌藥物的反應與完整的大腦一樣。作者說，這個模型可以幫助測試新的腦癌藥物，這是一項艱巨的任務，因為腦細胞通常不能在實驗室中良好生長。他們還計劃使用FeBOs觀察神經發育障礙，如唐氏綜合征。Hendriks說，到目前為止進行的實驗只是“冰山一角”。
盡管如此，對許多科學家來說，干細胞衍生的類器官可能更容易獲得和使用。在美國，2019年的一項法律禁止使用流產胎兒的組織進行大多數研究。總統拜登在2021年撤銷了這一禁令，但仍然需要孕婦的知情同意，并禁止研究人員為孕婦支付費用。美國國立衛生研究院要求，研究人員必須證明使用胎兒組織的合理性。
