據外媒報道，近日，科學家在一篇新論文中報告稱，在實驗室中由幹細胞培養的迷你大腦已經具備了自發發育出基本眼睛結構的能力。在培養皿中生長的微小的人類衍生類腦器官上，可以看到兩個兩側對稱的視杯在生長，這反映了人類胚胎中眼睛結構的發展。
這一令人難以置信的結果將幫助我們更好地去理解眼睛的分化和發育過程以及眼部疾病。
杜塞爾多夫大學醫院的神經科學家Jay Gopalakrishnan指出：“我們的工作強調了大腦類器官產生原始感覺結構的顯著能力，這種感覺結構是光敏的，並且還擁有跟身體中發現的類似的細胞類型。這些類器官可以幫助研究胚胎髮育期間的腦-眼相互作用、為先天性視網膜疾病建模並為個性化藥物測試和移植治療生成患者特定的視網膜細胞類型。”
類腦器官不是真正的大腦，它們是由誘導多能幹細胞培育(iPSCs)而成的小型三維結構。iPSCs是從成人身上提取的細胞，然後通過逆向工程轉化成幹細胞，它們有潛力長成許多不同類型的組織。
在這種情況下，這些幹細胞被誘導成長為一些沒有任何類似思想、情感或意識的腦組織。這種“迷你大腦”被用於研究目的，在這些研究中，使用真實的活體大腦是不可能的，或至少在倫理上是棘手的–比如測試藥物反應，或在某些不利條件下觀察細胞發育。
這一次，Gopalakrishnan和他的同事試圖觀察眼睛的發育。
在之前的研究中，其他科學家使用胚胎幹細胞來培育視杯，這種結構在胚胎髮育期間幾乎能發育成整個眼睛。其他研究也已經從iPSCs中發展出了視覺杯狀結構。
不過Gopalakrishnan的團隊不是直接培育這些結構，而是想看看它們是否可以作為大腦類器官的一個完整部分來培育起來。這將增加觀察兩種組織如何一起生長的好處，而不僅僅是單獨生長的光學結構。
研究人員在論文中寫道：“眼睛的發育是一個複雜的過程，了解它可以為早期視網膜疾病的分子基礎奠定基礎。因此，研究視神經泡至關重要，視神經泡是眼睛的原基，其近端連接到前腦，這對眼睛的正常形成至關重要。”
之前在發展類器官方面的工作雖然有提供了視網膜細胞的證據，但它們沒有發展光學結構，所以團隊調整了他們的方向。他們沒有試圖在神經分化的早期階段強迫純神經細胞的發育，另外還在培養基中加入醋酸視黃醇以幫助眼睛的發育。
據了解，研究人員精心照料的“嬰兒腦”早在發育30天就形成了視神經杯，在50天時結構清晰可見。這跟人類胚胎中眼睛發育的時間一致，這意味着這些類器官可能有助於研究這一過程的複雜性。
此外還有其他影響。這些視杯中含有不同類型的視網膜細胞，它們會組織成對光線有反應的神經網絡甚至還含有晶狀體和角膜組織。最後，這些結構會顯示出視網膜跟腦組織區域的連接。
Gopalakrishnan表示：“在哺乳動物的大腦中，視網膜神經節細胞的神經纖維向外延伸從而跟它們的大腦目標連接，這在體外系統中從未顯示過。”
它是可再生的。在研究小組培育的314個大腦器官中，73%發育出了視神經杯。研究人員指出，該團隊希望開發出一種策略從而使這些結構在更長的時間尺度上可行，這在將來能展開更深入的研究。
他們在論文中寫道：“可以開發出具有高度特化神經元細胞類型的含視囊的腦器官，這為產生個性化的器官和視網膜色素上皮片進行移植鋪平了道路。我們相信（這些）是下一代的類器官，有助於對早期神經發育障礙產生的視網膜疾病進行建模。”