《Nature》首項胚胎神經管類器官問世! 完整模擬大腦、脊髓早期發育

撰文記者 巫芝岳
日期2024-02-27
EnglishFrenchGermanItalianPortugueseRussianSpanish
《Nature》首項胚胎神經管類器官問世! 完整模擬大腦、脊髓早期發育 (圖片來源:網路)

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)