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科学家于试管中培育出“体外人脑”
作者:日照科普网  点击次数:1648  发布时间:2013-10-09 09:37:58

 

“类脑”组织截面图

中国科技网讯 美国《大众科学》及英国《自然》杂志网站828日刊登了一项新成果:英、德、奥等国研究人员利用人类多功能干细胞在试管中培育出了一个模拟人脑的组织。这是一个立体的自组织模型,亦是迄今最复杂的“体外人脑”,但它并不是作为可替代人脑的人造器官才诞生的,而是有望用来促进神经科学和人脑早期发育等方面的研究。

研究人员首先使用干细胞培育出脑细胞,接着让这些脑细胞逐步形成脑组织,最终其与真实的人类大脑一样出现层状的迹象,拥有背皮层、前脑腹侧,甚至包括一个不成熟的视网膜。从结构、功能上看,它都与人类大脑早期发育时的形态酷似。

这个人造大脑直径仅有4毫米左右,但被认为具有很高的科研价值,譬如对头小畸形的治疗研究。该病症属于一种大脑发育障碍,引起病症的原因不一,患者脑子形态正常,但头尾围和脑子缩小,且常伴有脑萎缩和脑损伤症状。研究人员此次发现其细胞分裂低于正常水平,导致脑细胞产生量不足,而这种缺陷可能是诱发该病的原因之一。

除以上贡献外,此次微型的人造大脑还能探寻精神分裂症、自闭症等神经系统疾病在大脑早期发育时的致病根源,并引导科学家们进行相关药物的研发。

研究人员表示,该项目并不是为了培育可替代人脑的人造器官,尽管已是迄今最好水平,但短期内这种人造大脑模型的发育能力和复杂程度仍然受限。(张梦然)

《科技日报》(2013-8-30 二版)

【梦然丝语】

詹姆斯·鲍尔说,对一个模型最好的检验,是看它的设计者能否回答以下问题——“你知道了哪些原本不知道的东西?”以及“你如何证明它是对的?”

科学家们现在于实验室内利用干细胞培植出了一个人类大脑的模型。你可以叫它“微型大脑”,因为这东西直径仅有3毫米到4毫米。但创造者们称其已类似人脑皮层的早期发育区,与真大脑一样呈层状分布——而只有到了人类,大脑皮质的分层次结构才分化得十分清楚,除此之外,从老鼠到人类,所有哺乳动物的神经系统如同按照谁的设计图来造的一样,只不过尺寸上的差别罢了。

但我们不能指望这个“微型大脑”可以展示出人类大脑6层神经细胞的全部复杂性。举例来说,仅仅从我们每只眼睛到大脑的轴突就大约有100万个,而它们全部都在同时工作!这种大规模的并行运作几乎发生在脑内的每一处工作区,虽然速度是慢了点(要看跟谁比),但在处理规模上没有一台人类制造的超级计算机能望其项背。

这也从一个角度说明:虽然很久以来科学家为解读大脑做出了很多贡献,但可惜,我们的知识仍是不全面的,纵使这么多年过去,人类对脑的研究仍然只是一种初步尝试。

而从干细胞领域来看,尽管人类已能够在实验室中借助干细胞来培植肝脏、心脏等人体组织。但一个人造大脑的培植与移植并不在讨论之列。原因无他,就是其概念距离成为现实差太远了。人脑如此复杂而脆弱,在缺乏循环系统提供充足营养与氧气的情况下,培养皿中的器官细胞至多也就只能发育到4毫米这么大了。

因此这种人造之物,尽管看起来与真正人脑细胞的早期形态很相似,但还是与自然造物有着本质区别——人造脑细胞每一个部分其实都已按照真正脑细胞的组合方式聚集,却仅仅只是物理的聚集而已,并不是发生反应的聚合——打个比方,就像你有一辆汽车,零件一个不缺,但发动机却装到车顶上去了。虽然你可以借此向别人解释它的运行原理,但自己心里也清楚,这么一样“灵魂摆错了地方”的东西,永远无法启动。

幸而这组科学家也志不在此。他们完成该研究的最大意义在于,培养皿中的模型已可以模拟真实人类大脑所患的神经系统疾病,而无需再用动物模型。譬如说此次在对头小畸形的探寻中,研究者就发现一种细胞分裂缺陷对老鼠大脑的影响远小于对人脑的影响,这应该就是以往用实验鼠无法模拟头小畸形症的原因。

而且我们知道,即便实验能顺利上升到灵长类对象,比如说恒河猴,同样的药理在它身上和人体中也可能有截然相反的表现——且还总是在人体中行不通。真是奇怪的我们。

严格说,人造大脑的未来不仅限于此。体外培育一个可替代人脑的器官,依然是很多医疗界人士的目标——他们希望不仅在同类间,也可以在不同物种间交换脑组织,脑损伤患者们可能在一场大手术后带着一小块猪脑组织继续健康地乐与哀愁着,行为表现也没有什么猪的痕迹。当然,在此之前,请千万斟酌好这场医疗革命的科学和伦理学后果。

《科技日报》(2013-8-30 二版)

文章来源:http://www.stdaily.com 20130830


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