实验室培育的“迷你大脑”有助于揭示为什么创伤性脑损伤会增加痴呆风险

大脑的微型模型正在帮助科学家研究创伤性脑损伤造成的细胞损伤。

实验室培养的迷你大脑可能有助于解释为什么脑震荡和其他创伤性脑损伤（TBI）会增加人们患痴呆症的风险。

在周四（4 月 4 日）《细胞干细胞》杂志上发表的一项新研究中，科学家报告了一项实验结果，他们在实验中对这些实验室培养的人脑模型进行了实验 u>——被称为大脑类器官——具有高强度超声波。这些波的目的是模拟严重脑外伤引起的脑细胞损伤。

研究作者报告说，这项研究暗示了一种阻止脑损伤下游影响的策略。理论上，这种治疗既可以用作预防措施，也可以用作受伤后的治疗。然而，在这种治疗方法应用于人类之前，还需要进行更多的研究。

研究中使用的大脑类器官看起来就像针头大小的脑细胞团块，而不是全尺寸人类大脑的完美微型化版本。也就是说，类器官捕捉了人类生物学的一些方面，而这些方面很难在动物身上进行研究，比如实验室小鼠。它们还可以生长以包含来自大脑不同区域的特定类型的细胞，像在人的头部中一样分层排列。

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在这项研究中，研究人员利用从健康人类捐赠者和患有肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 或额颞叶痴呆（两种神经退行性疾病）的患者身上收集的细胞培养了类器官。科学家发现，名为 C9orf72 的基因突变会增加患这两种疾病的风险，在这种情况下，所有捐赠者都携带该基因的突变副本。

从每组收集的细胞在实验室中进行调整，使它们恢复成干细胞，然后可以诱导它们生长成任何类型的细胞。研究人员用超声波脉冲轰击产生的类器官，以模拟 TBI 的一些影响，包括脑细胞死亡和 tau 蛋白的变化，tau 蛋白与阿尔茨海默病有关。

此外，研究小组还发现了一种名为 TDP-43 的蛋白质的变化，这种蛋白质过去与 TBI 和许多神经退行性疾病有关。这种蛋白质通常存在于健康细胞的细胞核中，参与控制 DNA 指令如何制造蛋白质。但在神经退行性疾病中，TDP-43 会聚集成团块。

新研究表明，TBI 后，功能失常的 TDP-43 蛋白会损伤和杀死脑细胞。研究小组发现，这些蛋白质失控的部分原因可能是它们逃离了细胞核。

TDP-43 的这些有害变化在 ALS 或痴呆症患者细胞培养的类器官中比健康捐赠者的细胞中更为普遍。这暗示，由于这种机制，创伤性脑损伤对于那些已经有痴呆遗传风险的人来说可能特别危险。

接下来，团队开始寻找预防或扭转伤害的方法。 “然后，我们测试了人类基因组中的每个基因，看看是否可以通过抑制任何单个基因来挽救这种损伤，”该大学干细胞生物学和再生医学副教授、资深作者贾斯汀·伊奇达 (Justin Ichida) 说道。南加州，在一份声明中说道。

他们在细胞表面发现了一种蛋白质基因——KCNJ2，当该基因关闭时，可以提供针对 TBI 影响的保护。研究人员在他们的类器官和实验室小鼠中进行了尝试，发现了一致的效果。

“针对 KCNJ2 可能会减少 TBI 后神经细胞的死亡，”Ichida 在另一份声明中说道。 “这有可能作为运动员和其他 TBI 高危人群的伤后治疗或预防性治疗。”

但同样，需要更多的研究才能将这种治疗方法从类器官转移到人类患者身上。