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人脑组织在小鼠脑内生长:神经疾病研究新模型

斯坦福团队将人干细胞来源的皮层类器官移植到缺少新皮层和海马的小鼠脑内,让人脑组织在活体中生长并建立连接。移植三个月后体积增至4.7倍,占据约92%可用皮层空间,还出现与小鼠面部运动相关的电活动和部分工作记忆表现。该模型有望用于研究人脑发育、额颞叶痴呆和缺氧损伤等,但仍需考虑物种差异与伦理边界。

来源信息

来源网站
PsyPost
原始发布时间
2026年9月26日
原文标题
Scientists replace mouse cortex with human brain tissue to study neurological disorders

为什么需要新模型

许多神经和精神疾病始于大脑发育期,但活体人脑组织难以获取,动物模型也无法完全复制人类遗传背景和物种特有的生物学特征。实验室培养的人神经类器官和组装体虽然推动了研究,却缺少完整神经系统的重要条件:正常血液供应、感觉输入和运动输出。研究者很难在培养皿里把人类神经回路的变化,直接连接到行为或功能后果。

给人类组织“腾地方”

斯坦福大学 Sergiu P. Pașca 团队在《自然》报告了一种新方法。他们先用基因策略,让小鼠在发育早期失去新皮层和海马,形成“无皮层小鼠”(apallial mice)。这些小鼠脑体积减少约一半,但仍能存活,并能相对正常地行走。随后,研究者把人类皮层类器官移植到新生小鼠空出的脑腔中,将这一大规模移植过程称为“异种皮层化”(xenocortication)。

移植后:生长、连接与放电

移植后三个月内,人源移植物体积增加4.7倍,占据小鼠可用皮层空间近92%。这些人类细胞分化成多种成熟神经细胞,尤其产生了第5层端脑外投射神经元;在人类中,这类神经元包含 von Economo 神经元,后者与社交行为和某些精神疾病有关。培养皿中的类器官几乎不会产生这类神经元,而移植后的小鼠脑内却大量出现。

荧光追踪显示,人源神经纤维深入小鼠脑内,甚至到达颈部脊髓;小鼠低位脑区也发出纤维进入人源移植物。电记录发现,人源移植物出现同步放电爆发,类似早期人脑发育中的脑波,并与小鼠面部运动相关,提示这些组织具有电活动并参与宿主神经系统。

行为与损伤模型

在Y形迷宫工作记忆任务中,正常小鼠会交替探索已走过的通道;无皮层小鼠表现低于随机水平,而带人源移植的小鼠高于随机,说明部分工作记忆功能得到保留。

团队还用5%低氧环境持续5小时模拟缺氧损伤。损伤后,人源移植物出现更多细胞应激和炎症;小鼠在CatWalk步态分析中步态改变,更多时间用三只或四只爪子支撑体重,站姿更宽。这表明细胞层面的损伤可以转化为可测量的行为变化。

意义与边界

Pașca 指出,该模型有助于研究额颞叶痴呆、脑瘫等与人类神经元易损性相关的机制,并可作为测试潜在疗法的平台。由于类器官可来自特定个体,未来或许能开展更个性化的研究。不过,这并不是“把人脑装进小鼠”,而是局部人源组织模型;物种差异、移植规模、意识相关风险和伦理问题仍需持续评估。

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