类器官研究确定了参与人类大脑扩张的因素

是什么让我们成为人类？根据神经生物学家的说法，它是我们的新皮层。大脑的外层富含神经元，可以让我们进行抽象思维、创造艺术和说复杂的语言。德累斯顿理工大学德累斯顿再生治疗中心（CRTD）的Mareike Albert博士领导的一个国际团队发现了一种可能导致人类新皮层扩张的新因素。这项研究发表在EMBO杂志上

新皮层是大脑特有的折叠外层，类似于胡桃。它负责更高的认知功能。CRTD研究小组组长Albert博士说：“新皮层是大脑中最近进化的部分。”。“所有哺乳动物都有新皮层，但其大小和复杂性各不相同。人类和灵长类动物的新皮层都有褶皱，而小鼠的新皮层完全光滑，没有任何褶皱。”

人脑的褶皱特征增加了新皮层的表面积。人类新皮层有更多的神经元来支持复杂的认知功能

驱动新皮层进化的分子机制在很大程度上仍然未知。阿尔伯特博士解释道：“哪些基因导致了新皮质大小的物种间差异？哪些因素导致了人类大脑的扩张？回答这些问题对于理解人类大脑发育和潜在的心理健康障碍至关重要。”

大脑类器官的力量

为了寻找影响大脑扩张的因素，Albert小组比较了小鼠和人类发育中的大脑。Albert博士解释道：“与灵长类动物相比，小鼠的干细胞分裂得没有灵长类动物那么多，产生的神经元也没有灵长类植物那么多。另一方面，人类在发育中的大脑中有大量干细胞。这种高度扩展的干细胞库是神经元数量和大脑大小增加的基础。”

研究小组发现了一种存在于人类体内但不存在于小鼠体内的因子。利用3D细胞培养技术，该小组测试了新发现的因子是否会影响新皮层的扩张。阿尔伯特博士解释道：“由于2012年获得诺贝尔奖的研究，任何细胞都有可能转化为干细胞。这样的干细胞可以转化为类似器官（如大脑）的三维组织。人类干细胞使直接研究人类组织中的发育和疾病成为可能。”

这些3D大脑培养物或大脑类器官可能与未经训练的眼睛的大脑不同，但它们模仿了发育中大脑的细胞复杂性。阿尔伯特博士说：“发育中的大脑中大多数细胞类型都存在。它们相互作用、发出信号，并且与实际人脑中的排列方式相似。”

使用3D大脑类器官，该小组能够证明一种称为表胚蛋白的生长因子确实促进了发育中大脑中干细胞的分裂和扩增

研究的主要作者、CRTD的博士候选人Paula Cubillos说：“我们知道表糖醇驱动人类新皮质干细胞的扩增，我们回顾了编码表糖醇的基因，并试图通过进化树来追踪它。”。该基因并非人类独有，也存在于其他灵长类动物甚至小鼠身上

“然而，表调节蛋白不会在发育中的小鼠大脑中产生，因为该基因被永久关闭，不会被使用。我们很想了解表调节蛋白在人类和其他灵长类动物中的作用方式是否有任何差异，”库比略斯解释道

研究人员再次转向3D文化技术。研究人员利用大猩猩干细胞生成了大猩猩大脑类器官。“大猩猩是濒危物种。我们对它们的大脑发育知之甚少。阿尔伯特博士说：“由干细胞制成的类器官提供了一种研究它们大脑发育的方法，而无需与物种相互作用。”

研究小组比较了表孕蛋白在人类和大猩猩大脑类器官中的作用，发现在大猩猩大脑类脏器中添加表孕蛋白可以进一步促进干细胞的扩增。然而，在人脑类器官中添加更多的表胚蛋白并没有产生同样的效果。这可能是因为人类的新皮层已经在很大程度上扩张了

Albert博士总结道：“与之前确定的因素不同，表胚蛋白本身似乎不是人类独有的。相反，生长因子的数量似乎是物种间差异的关键调节因子。”

这项研究不仅促进了我们对人类独特性的理解，还强调了为动物研究提供伦理和非侵入性补充的新技术的重要性