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仔细观察大脑类器官的发育

大脑类器官与现实有多接近,哪些分子机制是组织卓越的自组织能力的基础?研究人员已经成功地在培养皿中培养出所谓的“大脑类器官”,即自我组织成小型大脑样结构的细胞簇。 Juergen Knoblich 及其同事现在进一步表征了这些类器官,并于今天在《EMBO 杂志》上发表了他们的结果。他们证明,就像在人脑中一样,所谓的前脑组织中心协调类器官中的发育过程,并且类器官概括了人脑中神经元分化事件的时间安排。

人脑从几个细胞发展成为一个思维器官是生物学的最大谜团之一。在过去的十年中,诺布里奇和他在奥地利科学院分子生物技术研究所的团队开创了脑类器官技术来研究这一有趣的过程。了解正常的类器官发育是使用这个强大的系统探索人类发育疾病建模可能性的先决条件。

新皮质是哺乳动物大脑中参与高级认知功能的部分。它在哺乳动物进化过程中得到了大幅扩展,并且在人类中非常复杂。构建如此复杂的系统依赖于不同发育过程的精确编排——祖细胞的分裂,以及在正确的时间和正确的地点生成不同的细胞类型。所谓的前脑组织中心在协调新皮质的发育中发挥着关键作用。组织中心分泌的因子可以远距离作用,诱导邻近组织产生特定的细胞类型。在正常的大脑发育中,称为皮质下缘的组织中心位于头顶正下方,而对下缘则标志着皮质的另一侧,位于大脑的右侧和左侧。研究人员发现这两个组织中心都存在于类器官中。

当大脑生长时,新细胞会按照精确的顺序添加。较早形成的细胞将分化为皮层内层的神经元,而较晚形成的细胞则进一步向外迁移,而神经胶质细胞(大脑的非神经细胞)则在最后添加。最后,神经细胞长出长长的突起并相互连接形成复杂的网络。这些过程也在大脑类器官中被模仿,强调了类器官在研究广泛的大脑发育过程中的价值。

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