作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2023/9/14 11:25:26
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人脑类器官准确模拟自闭症,有望治疗最复杂的脑疾病

 

凭借类器官和遗传学的革命性结合系统,科学家现在可在人脑类器官中全面测试多个突变的影响,识别出脆弱的细胞类型和基因调控网络,而这正是治疗自闭症谱系障碍的基础。这一成果为了解最复杂的人类大脑疾病提供了前所未有的创新途径,并为临床研究带来了希望。相关结果于13日发表在《自然》杂志上。

左半部分:人脑类器官图像,携带红色突变的细胞。右半部分:代表单个细胞的不同颜色的马赛克图,每个细胞都携带一个高置信自闭症基因的突变


图片来源:诺布里齐实验室/IMBA

为了发育,人类大脑会依赖一个独特过程建立错综复杂的分层和连接皮层,这一过程也使人类更容易出现神经发育障碍——许多自闭症谱系障碍(ASD)高风险基因就与皮层发育息息相关。为了打开自闭症研究的“黑匣子”,奥地利科学院分子生物技术研究所(IMBA)和瑞士苏黎世联邦理工学院联合开发了一种技术来筛选自闭症关键转录调节基因。这一技术被认为标志着人类组织中复杂、高效和便捷的基因筛选时代的开始。

在新开发的称为“CHOOSE”(CRISPR-人类类器官scRNA测序)的系统中,大脑类器官中每个细胞最多携带一个特定基因突变。研究人员可在单细胞水平上追踪每个突变的影响,并绘制每个细胞的发育轨迹。

通过这种高通量方法,即可系统地灭活一系列致病基因,而随着携带这些突变的类器官生长,还能分析每种突变对发育的影响。

研究人员以此了解到自闭症致病基因共同的分子机制,他们与临床医生合作,从两个患者干细胞样本中生成了人脑类器官。两名患者在导致自闭症的同一基因中都有突变。生成的类器官显示出与特定细胞类型相关的显著发育缺陷。通过这项新技术,科学家和临床医生获得了一种强大且精确控制的高通量筛选工具,其不但可大大缩短分析时间,还为人们了解疾病机制、最终治愈疾病提供宝贵的信息。

与其他物种相比,人类大脑显然有自己的独特之处,包括可能罹患的脑疾病。但也正由于这种独特,医疗领域使用动物模型研究人脑才有局限性。以自闭症为例,尽管临床研究表明多种基因突变与自闭症之间存在因果关系,但科学家仍然不了解这些突变是如何导致大脑缺陷的。现在,凭借本文中的结合系统,人们获得了对自闭症病理学的全新见解,而新系统的多功能性和可转移性,也可能适用于其他复杂脑类恶疾。

(原标题:人脑类器官准确模拟自闭症,为治疗最复杂脑疾病带来希望)

 
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