培育“仿真大腦”，闡明疾病機理

　　深入剖析人類大腦，我們會發現大腦的每一部分都有著令人驚嘆的組織構造。大量神經束構成神經傳導通路使神經沖動得以逐級準確傳遞。大腦皮層（灰質）內逐層精確分布的神經元彼此緊密連接形成復雜而精確的神經網絡。如此有序的構造說明每一個神經元的分裂和生長都被精確調控著。

　　一旦這種調控機制遭到破壞，那后果將十分可怕，對患者的認知和智力水平都會產生嚴重的影響。

　　以結節性硬化癥（TSC）這一罕見的遺傳病為例，TSC 患者的 TSC1 或 TSC2 基因存在突變。通常由這兩個基因編碼的蛋白質共同作用可以抑制 mTOR 的活性，而 mTOR 信號通路是神經元（以及其它細胞）內多種細胞生長信號的關鍵開關。

　　如果 TSC1 或 TSC2 蛋白不能正常工作，持續激活的 mTOR 通路就會使神經細胞不停地生長和分裂。這樣大腦內就會被這些無序生長的良性結節占據，神經網絡也因此被破壞。

　　諾華生物醫學研究中心（NIBR）神經科學研究小組的科研人員一直試圖弄清基因突變、細胞通路異常以及大腦內神經細胞無序生長這三者之間的內在關系。為了實現這個目標，他們將誘導多能干細胞技術和三維細胞培養技術相結合，將 TSC 患者和健康個體捐獻的細胞重編程培育成神經元并模仿大腦皮質中細胞的分層構造使之形成微型類大腦結構，就像一個裝在培養皿中的“大腦”。

　　這個類大腦模型是由 NIBR 神經科學家 Ajamete Kaykas 和 Max Salick 利用多能干細胞誘導技術培育的，它最初來自于一個健康人的體細胞。在該模型中，一種神經元特有的細胞骨架蛋白β3 微管蛋白（β3 tubulin）被染成紅色。圖中，顏色越紅的區域，就表示有越多的神經元聚集。在生長到 14 天的時候，這個器官模型的神經元已經開始分層聚集，如同處于發育狀態的大腦皮層。

　　這樣的器官模型使得 Kaykas 和 Salick 能夠在一個在類似大腦皮層的自然三維結構中研究結節性硬化癥的疾病發展，同時這個模型也可以用于測試潛在的治療方法是否有效，即在培養皿內進行早期療效試驗。作為 NIBR 神經科學研究小組的一名高級研究員，Kaykas 表示非常興奮能有機會在一個完全人源化的系統中研究 TSC 以及其它因 mTOR 通路異常激活引起的疾病。

　　他說：“如今將人的皮膚或者血液細胞還原到胚胎干細胞的狀態并繼而將其誘導成其它任意人體細胞這一技術，就像“游戲規則改變者”一樣極大地改進了我們構建人類疾病模型的能力。”