近(26)日，密西根大學(University of Michigan)的研究團隊，開發出全球首項胚胎神經管(neural tube)類器官模型，首次能完整模仿中樞神經系統發育早期的過程，將有助於許多神經疾病、療法研究。該論文發表於頂尖期刊《Nature》。

呈現為管狀的神經管，是人類胚胎中日後將發育為中樞神經系統的構造。該論文指出，近年雖有許多運用人類多潛能幹細胞(hPSC)衍生的神經發育模型，例如神經類器官，然而現有的hPSC模型，皆無法完整重現神經的發育過程。

胚胎發育時，在神經管立體的管狀結構中，從「頭部至尾部」(R-C)和從「背側到腹側」(D-V)兩個軸向，會呈現不同的發育方式，例如在頭部最終會發育為大腦。

而本次密西根大學與以色列魏茲曼科學研究所(Weizmann Institute of Science)、賓州大學(UPenn)合作下開發的新模型，首次重現胚胎大腦和脊髓發育，及沿著R-C和D-V兩軸向發育的關鍵標記。

該模型源於一排幹細胞，其大小約相似於4週大胚胎中的神經管，長約4毫米、寬0.2毫米；研究團隊將這些細胞黏在一個帶有微流道(microfluid)的晶片上，他們以微流道引入幫助幹細胞生長的材料，引導幹細胞分化建立出神經系統。

接著，研究團隊加入了一種凝膠，使細胞能夠3D空間中生長，並經由添加化學訊號，促使其成為神經細胞的前驅細胞(precursors of neural cells)。該群細胞會形成管狀結構，團隊再進一步引入化學訊號，幫助細胞識別其在結構中的位置，並發育為更專一的細胞類型。

最終，該系統能夠自我組織，模仿胚胎發育出的前腦、中腦、後腦和脊髓，該類器官共生長了40天，可模擬受精後約11週的中樞神經系統發育。

該工具可用於證明特定基因在脊髓發育時的作用，也揭示了早期人類神經系統中，某些細胞類型如何分化成具有特殊功能的細胞。

不過研究團隊仍指出，ˋ這項模型在「神經管形成」的步驟，也是中樞神經系統發育的第一階段，與真實狀況仍有所不同，因此無法用於模擬因神經管閉合問題引起的先天疾病，例如脊柱裂(spinal bifida)。

該團隊也計劃，將運用來自患者的幹細胞，創建這項類器官，以研究不同的人類腦部疾病。該系統也可用於測試潛在的治療方法，由於其能以源自成人的幹細胞建構，因此可能有助於探索個人化的療法。

參考資料：

1. 論文原文：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07204-7

2. https://www.genengnews.com/news/in-a-first-organoid-model-resembles-all-three-sections-of-embryonic-brain-and-spinal-cord/

(編譯/巫芝岳)