斯坦福大学神经科学家 Sergiu Pașca 团队9月16日在《自然》报告,他们通过基因改造让小鼠缺失大部分大脑皮层和海马体,再植入实验室培养的人类脑细胞,培育出近一半脑容量由人类细胞占据的“异种皮层小鼠”。该研究试图为脑损伤和神经疾病提供更接近人类的大脑模型,同时触发对跨物种神经组织研究的伦理审视。

据美国国家公共电台报道,此前人类脑细胞植入小鼠后连接数量有限,因为人类脑细胞发育至少比小鼠慢20倍。Pașca说,小鼠神经元会迅速形成网络,等人类细胞延伸几毫米时,小鼠细胞已形成大部分连接,大脑发育窗口关闭。团队于是用基因手段精确移除小鼠神经系统的特定部分,使缺失大部分皮层和海马体细胞的小鼠为人类细胞腾出空间。

Pașca说,人类细胞团被放入空缺后,几天内开始分裂、扩张,几周到几个月内生长、血管化并基本占据空缺。上述报道称,这些小鼠皮层中形成大量人类神经元,研究人员可对其改造以模拟人类脑部状况。Pașca表示,这不会取代此前所有模型,但能提供研究人类脑功能某些方面的途径。

据《麻省理工科技评论》报道,缺少脑组织的小鼠看上去相当正常,会走动和吱吱叫,但有记忆问题,在迷宫测试中记不住探索过的地方;植入人类细胞的小鼠迷宫表现更好。美国国家公共电台也报道,这些小鼠在记忆任务和与同类互动方面更佳,原先缺失脑组织小鼠的许多缺陷不再出现。Pașca认为,人类皮层细胞可能帮助恢复部分失去的功能。

研究还发现,植入人类脑细胞的小鼠在脑部缺氧后行走出现问题,而普通小鼠对低氧耐受性较强。Pașca说,这种更接近人类的反应意味着,这些小鼠可能更适合作为脑瘫、智力障碍和癫痫性脑病等低氧相关脑病的模型。他希望这类模型对研究疾病和开发疗法有帮助。

外部研究者也作出评价。未参与研究的斯坦福大学另一实验室科学家 Carsten Charlesworth 对《麻省理工科技评论》说,这项工作是基因工程与干细胞技术结合重塑生物学的显著展示;最引人注目的是,出生后引入的人类神经组织能跨物种屏障生长并与小鼠神经系统连接。美国国家公共电台报道,艾伦研究所的 Hongkui Zeng 说,这是在比培养皿更自然的环境中研究人类神经元和脑回路的强大技术,但若用于更大、寿命更长的动物,将带来需要考虑乃至担忧的问题。

据《麻省理工科技评论》报道,Pașca去年召集伦理专家研究神经类器官技术的影响,包括动物发展出人类意识的可能性,以及“类器官治疗诊所”向绝望患者提供骗人疗法的风险。Pașca说,他目前不担心这些啮齿动物具有人类认知能力,因为其大脑相对很小,人与小鼠的进化距离很远。但他认为,这类实验不应在更高物种身上进行,否则动物可能拥有大量有功能的人类脑组织,模糊人与动物的认知边界。他反对把人类脑类器官加入经改造而缺少皮层的猴子,称在灵长类身上做这种实验是一条明确红线,现阶段没有理由这样做。