引言

随着脑类器官在科研中的广泛应用，其构建方法也在不断发展，以便更好地模拟人脑。构建脑类器官的常用策略包括非定向分化和定向分化，它们在不同的研究场景中发挥着重要的作用。人类大脑是一个复杂的系统，针对特定脑亚区及脑核团构建特异的脑类器官模型仍面临许多挑战。近年来，尽管多种基于定向分化的脑区特异类器官已成功建立，但国际上关于在体外重现具备核团特征的脑类器官的研究进展仍有限。

2024年8月28日，上海科技大学生命科学与技术学院向阳飞课题组在Cell Stem Cell上发表题为Generation of human region-specific brain organoids with medullary spinal trigeminal nuclei的研究论文，报道了新的脑类器官构建方法。

模式图(Credit: Neuron)后脑延髓在调控众多基本生命功能中发挥重要作用。然而，针对这一区域的脑类器官模型仍然缺乏，特别是在延髓特定核团的构建方面仍为空白。在最新的报道中，研究人员聚焦了位于延髓的脊髓三叉神经核团（Spinal trigeminal nucleus, SpV）。SpV是最大的颅神经核，也是三叉神经核的关键结构。作为大脑中重要的感觉传递单元，SpV主要负责接收颅面部感觉信息并将这些信息传递至丘脑。虽然SpV密切参与了正常生理功能维持及多种病理机制发生，目前尚未有针对SpV核团的人源研究模型。为建立特异模拟SpV的脑类器官，本工作探索了人类多能干细胞体外三维神经分化的精细调控。研究人员通过与其他脑区特异类器官（例如该团队之前建立的脑皮层类器官和丘脑类器官）以及在体脑组织等的比较分析，解析了SpV类器官的特征及其细胞谱系发育过程。此外，该工作还研究了长期培养的SpV类器官中神经组织结构和功能特征。SpV神经元在长期培养的类器官中自发形成轴突束结构，表明了其潜在的投射能力。为了在体外模拟SpV与丘脑之间的连接，研究人员对SpV类器官和丘脑类器官进行了融合培养。结果显示，SpV神经元向丘脑侧投射的能力显著强于丘脑神经元向SpV区域的投射能力。研究团队进一步通过不同的融合组合，如SpV类器官与丘脑类器官的融合、SpV类器官与皮层类器官的融合、以及丘脑类器官与皮层类器官的融合，分析了不同神经组织间建立投射的特征。这些投射特征与体内不同脑区间的连接特征相一致。此外，通过逆行示踪、光遗传、钙成像、电极刺激与记录等多种研究手段，研究人员进一步证实了在融合类器官中，SpV细胞与丘脑细胞之间建立了连接。本工作首次实现了SpV特异的人脑类器官构建，也首次完成了核团相关的脑区间连接体外模型的构建，为研究人脑核团发育、神经靶向投射、及相关病理机制提供了新的模型。

参考文献

https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.08.004

责编|探索君

排版|探索君

文章来源|“BioArt”

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