瞥一眼實驗室培養(yǎng)皿中復(fù)雜的人腦細(xì)胞斑點，并試圖將其稱為“迷你腦”。這是腦器官，由干細(xì)胞制成的復(fù)雜3D組織的流行術(shù)語，正在徹底改變研究人員研究神經(jīng)發(fā)育和從自閉癥到寨卡的情況。但是，今天發(fā)表的關(guān)于真實大腦和大腦類器官的細(xì)胞的最全面的遺傳比較揭示了它們之間的重要區(qū)別。

加利福尼亞大學(xué)舊金山分校的神經(jīng)科學(xué)家Arnold Kriegstein和他的同事首先對妊娠6到22周時人類胎兒大腦不同部位的單個細(xì)胞中打開的基因進(jìn)行了分類。然后，他們將這些基因表達(dá)模式與使用幾種先前發(fā)表的方法從腦器官形成的細(xì)胞的基因表達(dá)模式進(jìn)行了比較。

當(dāng)涉及到大范圍的腦細(xì)胞時，例如神經(jīng)元和稱為膠質(zhì)細(xì)胞的非神經(jīng)元細(xì)胞，基因表達(dá)通常是匹配的。但是，當(dāng)研究人員檢查了更精確的細(xì)胞亞型時，例如被稱為外放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的子集，這種比較開始破裂。類器官細(xì)胞不能可靠地成熟，無法表達(dá)將一種亞型與另一種亞型區(qū)分開的基因的特定組合。

對于使用類器官建模疾病的研究來說，這是一個潛在的局限性。許多此類研究將患有疾病的人的細(xì)胞“重編程”為可以形成類器官的干細(xì)胞?？死锔袼固拐f，但是神經(jīng)系統(tǒng)疾病是高度特定于細(xì)胞類型的，如果您實驗室建立的模型不包含大腦中受影響的確切細(xì)胞類型，則很難得出關(guān)于該疾病的結(jié)論。

盡管類器官細(xì)胞一般不會成熟為精確的亞型，但它們確實以另一種方式變得專門化：它們具有與大腦不同區(qū)域相對應(yīng)的遺傳特征。但是這些身份出乎意料地發(fā)生了。研究小組發(fā)現(xiàn)，您期望在大腦對側(cè)看到的簽名有時在類器官中彼此相鄰?？死锔袼固拐f，這可能會使某些疾病的研究復(fù)雜化，例如僅影響特定大腦區(qū)域的癡呆形式。

那么為什么類器官不能完美地復(fù)制大腦的細(xì)胞類型呢?克里格斯坦的研究小組認(rèn)為，關(guān)鍵因素是在盤中而不是身體上生長的壓力。類器官細(xì)胞表達(dá)代謝應(yīng)激的遺傳標(biāo)記，但是當(dāng)將這些細(xì)胞移植到小鼠大腦中時，該表達(dá)降低。研究小組在《自然》雜志上報告說，此外，這種遷移似乎有助于解決這些細(xì)胞的身份危機(jī)。它促使他們承擔(dān)人類大腦中更發(fā)達(dá)的細(xì)胞類型的遺傳特征。

醫(yī)學(xué)研究理事會分子生物學(xué)實驗室的發(fā)育遺傳學(xué)家馬德琳·蘭卡斯特說，這意味著可以通過調(diào)節(jié)用來在盤中進(jìn)行營養(yǎng)的肉湯來使類器官變得更像大腦。她說，例如，研究人員經(jīng)常在高濃度的葡萄糖中培養(yǎng)類器官，這相當(dāng)于一個非常非常糖尿病的人。“你可以想象這對大腦的發(fā)育可能不是很好。”

耶魯大學(xué)的發(fā)育生物學(xué)家弗洛拉·瓦卡里諾(Flora Vaccarino)說，未來的研究也可能會減少實驗室條件下存在的異常高水平的氧氣。她說，使用孵化器來控制流向類器官細(xì)胞的氧氣量，這是一個相對容易調(diào)整的變量。