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培养皿中的“大脑”:慢慢增长的智慧

       长期以来,人们对培养皿的传统印象一直是培养细菌或细胞的载体,但在2013年夏天,主要的社交网络竞相报道,科学家们在培养皿中培养了迷你大脑。与此同时,关于迷你心脏、迷你肝脏等的报道也源源不断地涌现出来。这些只出现在科幻小说中的情节已经实现了吗?普通读者谈论,甚至猜测雪莱夫人的弗兰肯斯坦故事即将上演。

培养皿中的“大脑”:慢慢增长的智慧

       媒体报道自然有令人震惊的噱头,但科学研究的事实隐藏在寒冷的论文背后。此时,赫尔墨斯需要科普来回答问题。

       事实上,无论是报道中的迷你大脑还是迷你心脏,都有一个共同的名字,叫做器官体,英文名字是organoid,科学的定义是一种由干细胞或器官祖先细胞发育而成的器官特异性细胞集合体,可以模拟体内器官的细胞分化和空间组成。简单地说,它是利用多潜力细胞来培养类似于体内器官的小球。当然,这些球的最大直径不超过几毫米,与体内器官无法比拟。

培养皿中的“大脑”:慢慢增长的智慧

       由于类器官体是一个小球,不难想象类器官体是一个真正的三维物体。传统的方法主要是在墙上培养细胞,这限制了细胞的生长和延伸方向只能平行于培养皿的底部,自然是二维细胞或克隆,与生物体的三维发育仍有很大的距离。类器官体的培养方法是一种悬浮的培养方法,无论是平行的还是垂直于培养皿底部的小球,都可以生长和延伸,这有助于我们模拟体内细胞的发育,更好地获得与器官相似的结构。

       研究人员的脑洞

       其实类器官体(organoid)说法由来已久,培养方法也不是最近才发现的pubmed搜索结果显示,类器官体最初在1946年被使用。1907年出现了类器官体培养的雏形。当时威尔逊为了研究细胞识别机制,机械地解离了海绵,然后让这些机械解离后的海绵碎片重新聚集。

培养皿中的“大脑”:慢慢增长的智慧

       虽然威尔逊的研究目的不是为了在体外生成器官,但这种解离后聚集的实验方法已经被后续的研究人员继承了。为了更方便地研究器官的发育细节,后来的研究人员会选择被称为器官祖细胞的细胞进行离体培养,这些细胞仍然保持在体内形成器官的能力。同时,为了更准确地模拟器官在体内的发生过程,研究人员选择了再聚集的悬浮培养方法。

       当然,科学研究的最终目标之一是通过生物学研究来治疗疾病。在研究过程中,一些研究人员还提出是否可以在医学领域使用这种培养的小球。然而,由于当时条件有限,培养和使用的细胞大多来自体内筛选获得的细胞。细胞的纯度和稳定性都有一定的不足,因此这些想法仅限于研究人员的想象力。

       与任何技术类似,由于新的研究方法不断出现,繁荣的类器官体研究逐渐被遗忘。

       新时代,新机遇

       2006年,一项影响深远的细胞技术亮相,并在诞生后的第六年迅速获得诺贝尔生理医学奖——细胞重编程技术。

       众所周知,哺乳动物是由受精卵发育而来的。受精卵和胚胎发育早期的一些细胞被称为干细胞。这些细胞在发育过程中不断发生特异性变化,最终在生物个体中形成各种类型的细胞。这个过程也被称为分化。长期以来,人们认为生物体中完全分化的细胞不再有能力再次成为干细胞。

       细胞重编程技术证明,通过调节基因表达,生物体内完全分化的细胞可以恢复衰老,重新形成多潜能干细胞。

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