华人伉俪打造“迷你脑类器官”航空母舰，开启寨卡病毒和小头畸形的攻坚之旅

试想一下，从自己的皮肤上取点看不见摸不着的细胞，通过生物学家的妙手回春（重编程技术），就变成了诱导多能干细胞（Human-induced pluripotent stem cells，iPSCs）。此细胞具有强大的自我更新能力、快速繁殖以及多向分化的潜能，在特定的生物反应器中培养一两个月，竟然可以长出一个镌刻自己基因烙印的“迷你脑类器官（cerebral organoids）”。这就是被评为2015年度十大突破性技术之一的大脑类器官。这项技术具有重大的现实意义，脑类器官的结构、功能和生长状态很好的模拟了人类大脑发育的诸多方面。通过类器官模拟脑部发育并制备可能的脑疾病模型，研究者可以找到潜在的人脑发育规律，诱发疾病的原因、发病机理，并开发治疗药物及干预措施。（小编：“脑类器官”的应该读作“脑 类器官”，有多少人读错）

最近在国际权威学术杂志《Cell》上又报道了大脑类器官的新的视觉盛宴，人类大脑皮层特有的六层分层结构和前脑、中脑、下丘脑均在荧光显微镜的聚焦下展现的美轮美奂。这项研究成果归功于美国约翰霍普金斯大学医学院的两位神经生物及干细胞领域的华人伉俪——宋洪军（Hongjun Song）与明国莉（Guoli Ming）教授。他们融合3D打印生物反应器、3D凝胶基质培养、多能干细胞诱导分化等技术制备了脑类器官，提出了定向分化为各个脑区结构的培养策略和步骤，并作为检测平台验证了寨卡病毒（Zika virus）和小头畸形（Microcephaly）有直接的联系。（Brain-Region-Specific Organoids Using Mini-bioreactors for Modeling ZIKV Exposure. Cell, 2016, 165, 1238-1254, DOI: 10.1016/j.cell.2016.04.032）

迷你类脑器官“航空母舰”。图片来源：Cell

3D打印技术适合一些小规模制造，特别是高端的定制化产品。从组织工程支架、三维组织生物打印，到人体器官打印，均对医学领域产生了革命性的推动作用。研究人员通过3D打印技术制备出低成本、易操作的应用于培养类脑器官的小型化旋转生物反应器（命名为SpinΩ）。它极大地降低了培养脑类器官的成本，且容易操作和制备，并适用于进行三维培养其他的类器官，这一培养和检测平台成就了未来医药研究的“航空母舰”。

培养箱中的SpinΩ（A中箭头所指）以及类器官的免疫印迹图像。图片来源：Cell

“寨卡病毒”是2月1日被世界卫生组织（WHO）列为“全球紧急公共卫生事件”的不速之客。目前塞卡的阴影已经席卷欧亚非，使人谈之色变，有消息称里约夏季奥运会也可能会因它延期（相关阅读：神秘刺客——寨卡病毒小传、恶魔的魅惑——‘镜头’下的寨卡病毒之‘美’）。不过，寨卡病毒和新生儿小头畸形之间的关联尚存在争议。借助这艘“航空母舰”，研究人员发现寨卡病毒倾向于感染神经祖细胞，怀孕早期感染会非常严重，引起神经细胞死亡和脑部结构分区的丢失。感染寨卡病毒的脑类器官要比普通的脑类器官更小，从而导致孕妇流产或小头畸形症的出现。由此提供了事实证据证明了寨卡病毒和小头畸形有直接的关系。

寨卡病毒。图片来源：Health Canada

脑类器官目前虽然不能像我们的大脑一样承载人类的认知、情感、记忆等丰富的功能，有的缺少关键的细胞类型，有的仅表现出了一些局部功能和早期发育特征。但是通过细胞的自组装却可以形成复杂有序的功能结构，并随着不断完善的类器官技术，特别是这种低成本、易操作的旋转生物反应器，使得此类器官培养平台具有了更广阔的应用前景。这艘医药研究的“航空母舰”将在脑部发育、疾病治疗、药物和疫苗的研发方面不断地破浪前行，驶向大脑洪流并领略无限风光，斩获更多收获。

1. http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(16)30467-6

2. http://j.news.163.com/docs/10/2016021903/BG5FBS6N9001BS6O.html

3. http://www.cbc.ca/news/world/zika-virus-what-canadians-travellers-need-to-know-1.3424064

4. https://en.wikipedia.org/wiki/Microcephaly

（本文由瀚海弄潮供稿）