研究：在實驗室中培育的類腦器官具有對光有反應的“眼睛”

據外媒報道，8月17日發表在《細胞·幹細胞》雜誌上的一項研究顯示，人類誘導的多能幹細胞（IPSCs）可用於生成含有一種叫做“視杯”的眼睛結構的類腦器官。這些器官自發地從類似大腦的區域的前面發展出雙側對稱的“視杯”，證明了iPSCs在一個高度複雜的生物過程中的內在自我模式化能力。

“我們的工作強調了腦器官生成原始感覺結構的非凡能力，這些結構對光敏感，並擁有與身體中發現的細胞類型相似的細胞，”高級研究作者、杜塞爾多夫大學醫院的Jay Gopalakrishnan說。“這些器官可以幫助研究胚胎髮育過程中腦-眼的相互作用，建立先天性視網膜疾病的模型，並為個性化的藥物測試和移植療法產生患者特定的視網膜細胞類型。”

人類大腦發育和疾病的許多方面都可以使用源自多能幹細胞的三維腦器官進行研究，多能幹細胞可以產生體內的所有細胞類型。研究人員以前曾使用人類胚胎幹細胞生成“視杯”，它產生了視網膜-眼睛後面的感光組織層。另一項研究表明，“視杯”結構可以由iPSCs生成，iPSCs來自於經過基因重編程的成人細胞，回到類似胚胎的多能狀態。

過去，從多能幹細胞中生產的“視杯”主要集中在生成純粹的視網膜。直到現在，“視杯”和其他三維視網膜結構還沒有在功能上被整合到腦器官中。

為了實現這一壯舉，Gopalakrishnan和他的團隊修改了他們之前開發的將iPSCs變成神經組織的協議。人腦器官形成了“視杯”，它最早在30天內出現，並在50天內成熟為可見結構。這個時間框架與人類胚胎中的視網膜發育相似，可以使某些類型的發育神經生物學實驗更加有效。

在四個iPSC捐贈者的16個獨立批次中，研究人員產生了314個腦器官，其中72%形成了“視杯”，表明該方法是可重複的。這些結構包含不同的視網膜細胞類型，它們形成了對光有反應的電活性神經元網絡。“視杯”腦器官還包含晶狀體和角膜組織，並表現出視網膜與大腦區域的連接。Gopalakrishnan說：“在哺乳動物的大腦中，視網膜神經節細胞的神經纖維伸出來與它們的大腦目標連接，這個方面以前從未在體外系統中顯示過。”

科學家計劃在未來的研究中開發策略，使“視杯”長期保持活力，用它們來研究導致視網膜疾病的機制。