科学家用大鼠细胞再生小鼠的神经通路

两个独立的研究团队使用大鼠干细胞生长的神经元成功地在小鼠体内再生了小鼠脑回路。这两项研究于4月25日发表在《细胞》杂志上，为大脑组织的形成提供了宝贵的见解，并为恢复因疾病和衰老而丧失的大脑功能提供了新的机会

“这项研究有助于展示大脑在使用合成神经回路恢复大脑功能方面的潜在灵活性，”纽约哥伦比亚大学教授、两篇论文之一的通讯作者Kristin Baldwin说。鲍德温的团队利用大鼠的干细胞恢复了小鼠的嗅觉神经回路，即大脑中负责嗅觉的相互连接的神经元及其功能

达拉斯得克萨斯大学西南医学中心副教授、另一篇论文的通讯作者吴军说：“能够从一个物种内部产生脑组织，可以帮助我们了解不同物种的大脑发育和进化。”

Wu的团队开发了一种基于CRISPR的平台，可以有效识别驱动特定组织发育的特定基因。他们通过沉默小鼠前脑发育所需的基因，然后使用大鼠干细胞恢复组织，来测试该平台

老鼠和大鼠是两个不同的物种，它们独立进化了大约2000万至3000万年。在之前的实验中，科学家们能够通过称为胚泡互补的过程，使用大鼠干细胞替换小鼠的胰腺

为了使这一过程发挥作用，研究人员将大鼠干细胞注射到小鼠的胚泡中——早期胚胎——由于基因突变，这些胚泡缺乏发育胰腺的能力。然后，大鼠干细胞发育成缺失的胰腺，并补充其功能

但是，到目前为止，利用不同物种的干细胞通过胚泡互补产生脑组织的报道还没有。现在，吴的团队使用CRISPR测试了七种不同的基因，发现敲除Hesx1可以可靠地产生没有前脑的小鼠

然后，该团队将大鼠干细胞注射到Hesx1敲除小鼠的胚泡中，大鼠细胞填充在小生境中，在小鼠中形成前脑。老鼠的大脑比老鼠大，但老鼠起源的前脑的发育速度和大小与老鼠相同。此外，大鼠神经元能够将信号传递给相邻的小鼠神经元，反之亦然

研究人员没有测试来自大鼠干细胞的前脑是否改变了小鼠的行为。吴说：“目前缺乏良好的行为测试来区分老鼠。”。“但从我们的实验来看，这些有大鼠前脑的小鼠似乎并没有表现出异常。”

在另一项研究中，鲍德温的团队使用特定基因杀死或沉默用于嗅觉的小鼠嗅觉神经元，并将大鼠干细胞注射到小鼠胚胎中。沉默模型模拟了神经发育障碍中的情况，即某些神经元无法与大脑良好沟通。杀死模型完全去除了神经元，模拟退行性疾病

他们发现，胚泡互补对小鼠嗅觉神经回路的恢复因模型而异。当小鼠神经元存在但沉默时，与杀死模型相比，大鼠神经元有助于形成组织更好的大脑区域。然而，当研究小组通过训练这些大鼠-小鼠嵌合体找到埋在笼子里的隐藏饼干来测试它们时，大鼠神经元最擅长在杀死模型中拯救行为

鲍德温说：“目前，在临床试验中，人们正在用干细胞衍生的神经元移植治疗帕金森病和癫痫。这能起到多大作用？患者和移植细胞之间的不同遗传背景会造成障碍吗？这项研究提供了一个系统，我们可以在比临床试验更大的范围内评估同种大脑互补的可能性。”

芽细胞互补在人类中的临床应用还很遥远，但这两项研究都表明，来自不同物种的干细胞可以与宿主的大脑同步发育

科学家们也一直在试验使用胚泡互补技术在其他物种（如猪）中生长人体器官。去年，科学家们在猪身上使用人类干细胞产生了胚胎肾脏，为许多等待移植的人提供了一种潜在的解决方案

“我们的目标是用一定比例的人类细胞富集猪的器官，以改善器官接受者的结果。但目前，在临床试验中进行测试之前，我们仍需要克服许多技术和伦理挑战，”吴说

除了这些研究在医学上的意义外，研究小组还对使用这种方法研究许多在实验室环境中无法接触到的野生啮齿动物的大脑感兴趣

“世界上有2000多种现存的啮齿动物。它们中的许多行为与我们通常在实验室研究的啮齿动物不同。种间神经胚泡互补可能为研究这些物种的大脑如何发育、进化和功能打开大门，”吴说