深入剖析人類大腦，我們會發(fā)現(xiàn)大腦的每一部分都有著令人驚嘆的組織構(gòu)造。大量神經(jīng)束構(gòu)成神經(jīng)傳導(dǎo)通路使神經(jīng)沖動得以逐級準確傳遞。大腦皮層（灰質(zhì)）內(nèi)逐層精確分布的神經(jīng)元彼此緊密連接形成復(fù)雜而精確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。如此有序的構(gòu)造說明每一個神經(jīng)元的分裂和生長都被精確調(diào)控著。

一旦這種調(diào)控機制遭到破壞，那后果將十分可怕，對患者的認知和智力水平都會產(chǎn)生嚴重的影響。

以結(jié)節(jié)性硬化癥（TSC）這一罕見的遺傳病為例，TSC 患者的 TSC1 或 TSC2 基因存在突變。通常由這兩個基因編碼的蛋白質(zhì)共同作用可以抑制 mTOR 的活性，而 mTOR 信號通路是神經(jīng)元（以及其它細胞）內(nèi)多種細胞生長信號的關(guān)鍵開關(guān)。

如果 TSC1 或 TSC2 蛋白不能正常工作，持續(xù)激活的 mTOR 通路就會使神經(jīng)細胞不停地生長和分裂。這樣大腦內(nèi)就會被這些無序生長的良性結(jié)節(jié)占據(jù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也因此被破壞。


諾華生物醫(yī)學(xué)研究中心（NIBR）神經(jīng)科學(xué)研究小組的科研人員一直試圖弄清基因突變、細胞通路異常以及大腦內(nèi)神經(jīng)細胞無序生長這三者之間的內(nèi)在關(guān)系。為了實現(xiàn)這個目標，他們將誘導(dǎo)多能干細胞技術(shù)和三維細胞培養(yǎng)技術(shù)相結(jié)合，將 TSC 患者和健康個體捐獻的細胞重編程培育成神經(jīng)元并模仿大腦皮質(zhì)中細胞的分層構(gòu)造使之形成微型類大腦結(jié)構(gòu)，就像一個裝在培養(yǎng)皿中的“大腦”。

這個類大腦模型是由 NIBR 神經(jīng)科學(xué)家 Ajamete Kaykas 和 Max Salick 利用多能干細胞誘導(dǎo)技術(shù)培育的，它最初來自于一個健康人的體細胞。在該模型中，一種神經(jīng)元特有的細胞骨架蛋白β3 微管蛋白（β3 tubulin）被染成紅色。圖中，顏色越紅的區(qū)域，就表示有越多的神經(jīng)元聚集。在生長到 14 天的時候，這個器官模型的神經(jīng)元已經(jīng)開始分層聚集，如同處于發(fā)育狀態(tài)的大腦皮層。

這樣的器官模型使得 Kaykas 和 Salick 能夠在一個在類似大腦皮層的自然三維結(jié)構(gòu)中研究結(jié)節(jié)性硬化癥的疾病發(fā)展，同時這個模型也可以用于測試潛在的治療方法是否有效，即在培養(yǎng)皿內(nèi)進行早期療效試驗。作為 NIBR 神經(jīng)科學(xué)研究小組的一名高級研究員，Kaykas 表示非常興奮能有機會在一個完全人源化的系統(tǒng)中研究 TSC 以及其它因 mTOR 通路異常激活引起的疾病。

他說：“如今將人的皮膚或者血液細胞還原到胚胎干細胞的狀態(tài)并繼而將其誘導(dǎo)成其它任意人體細胞這一技術(shù)，就像“游戲規(guī)則改變者”一樣極大地改進了我們構(gòu)建人類疾病模型的能力。”

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