近日(4/25)，哥倫比亞大學(Columbia University)研究團隊，首次利用囊胚互補(blastocyst complementation)技術混合小鼠和大鼠兩物種，不只成功恢復缺乏嗅覺系統老鼠的嗅覺，且比普通老鼠更快嗅到隱藏的餅乾位置。此研究發表於《Cell》上。
 
研究團隊先前曾創造過混合大腦(hybrid brains)，不過是透過注入神經元，或將某物種的大腦類器官植入另一物種正在發育或發育完全的大腦中，包括小鼠和大鼠。
 
哥倫比亞大學的遺傳與發育學教授Kristin Baldwin表示，如果大腦發育到一定的程度，移植的細胞不一定能適當地連接在一起。
 
本研究由 Kristin Baldwin教授帶領，研究團隊在受精數小時內，將大鼠幹細胞引入小鼠的囊胚中，讓大鼠和小鼠細胞在早期發育階段能同時生長並自行結合。
 
這項研究技術稱為囊胚互補，類似用於培育具有人類免疫系統的老鼠技術，且已經被證明是很強大的研究工具。不過，一直到本次研究前，囊胚互補技術尚未成功地創造出兩個不同物種的混和大腦。
 
研究團隊首次的混合實驗中，研究團隊檢查了大鼠神經元在小鼠大腦的位置。研究團隊發現，大鼠的發展速度比小鼠慢，不過擁有更大的大腦。但在小鼠中，大鼠的細胞會遵循小鼠的指示，因此加快發展速度，建立與小鼠相似的神經連接。
 
Kristin Baldwin教授表示，幾乎在整個小鼠大腦中，都可以看到大鼠細胞，表示混合實驗幾乎沒有任何的阻礙，且有很多小鼠的神經元種類可以被大鼠神經元取代。
 
研究團隊也進一步觀察，大鼠的神經元是否已經結合了功能性神經迴路(functional neural circuit)，因為功能性神經迴路是嗅覺系統的一部份，這對於老鼠尋找食物和躲避掠食者至關重要。因此，研究團隊透過改造混合老鼠的胚胎來去除嗅覺神經元，這樣就可以確定大鼠的神經元是否恢復了老鼠的嗅覺。
 
接著，研究團隊在每個老鼠籠裡藏了一塊餅乾，研究團隊發現，被去除嗅覺神經元的混合大腦老鼠，比保留原本的嗅覺神經元老鼠還更快找到隱藏的餅乾。結果表示，大鼠的神經元確實恢復了老鼠的嗅覺神經元。
 
Kristin Baldwin教授表示，替代性的神經元並不是像插入電子設備一樣簡單，是需要更多的複雜過程和時間形成。如果想要將功能替代，可能需要去除那些功能失調的神經元，包括神經退化性疾病(neurodegenerative diseases)、自閉症(autism)和精神分裂症(schizophrenia)等神經發育障礙症。
 
藉由 Kristin Baldwin教授的研究團隊創造的混合大腦系統，研究人員現在可以剖析不同老鼠模型中發生的情況，有助於研究團隊更好理解人類的細胞移植療法，提高成功率。
 
首次混合大腦研究結果是鼓舞人心的，但仍然有缺點。大鼠細胞在每個不同的動物體內都是隨機分佈的，這使得將研究擴展到大腦中其他的感覺和神經系統變得更加困難。
 
目前， Kristin Baldwin教授的研究團隊正在尋找其他方法，將大鼠細胞能夠發展成單一的細胞類型，這樣有助於更精確的實驗結果，且能為創造靈長類神經元的混合大腦打開大門，幫助研究團隊更加了解人類的疾病。
 
參考資料:
https://www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240425131554.htm
 
(編譯/實習記者 鐘御慈)