眾所周知，大腦是人類智力的集合體，也是最複雜的器官。 人腦擁有近 1000 億個神經元和 100 萬億個連線，由於其獨特的複雜性，是最難構建類器官模型的。 自2021年“中國腦計畫”正式啟動以來，腦類器官技術作為世界前沿技術，為我國多種腦部疾病的基礎研究和臨床應用提供了重要支撐。
近日，歡特生物腦器官模型構建成功，基於胚胎幹細胞（ESCS）或人誘導多能幹細胞（HIPSC）的腦類器官進行人工培養和分化，其功能組織結構與大腦相似，可以部分再現人腦發育和疾病發生的過程用於模擬人腦發育和帕金森氏症、阿爾茨海默氏症、腦卒中、抑鬱症等疾病的發生，以及神經系統疾病機制和藥物篩選模型的研究，助力腦科學研究新紀元！
腦漿器官研究方向。
目前，隨著人類誘導多能幹細胞（iPSCs）技術的發展，腦類器官研究在神經科學領域熱議。 作為一種新興的研究工具，腦類器官在科學研究領域發揮著越來越重要的作用，被用於腦發育、神經發生研究、退行性疾病、腫瘤等腦部疾病等，為了解人腦和分析各種生物學和醫學問題帶來了希望，顯示出巨大的應用潛力。 主要研究方向包括以下幾個方面：
構建神經系統疾病模型。
通過構建腦類器官模型，可以在類腦組織中觀察到放射膠質細胞、中間前體細胞、深部和淺層神經元，是模擬人腦生理特徵的獨特而優秀的工具。 因此，構建孤獨症、精神障礙、阿爾茨海默病、ALS等腦類器官神經疾病模型，有助於通過模擬腦部疾病的病理過程來研究疾病的發病機制，為藥物篩選和方法提供有力支撐。
藥物篩選和個性化**。
腦類器官可以作為藥物篩選平台，基於高通量篩選系統和分類表型指紋圖譜，構建未知靶點的化合物庫，測試潛在的藥物化合物，評估候選藥物對神經系統疾病的療效，也可以結合基因編輯技術構建具有特定基因突變的腦類器官， 識別基因開關，並研究個性化方案。
腦發育和神經發生研究。
腦類器官可以模擬大腦發育的過程，通過融合不同的外源性腦樣組織獲得複雜的神經結構，探索大腦的早期發育，並將其用於大腦發育過程和神經發生、神經元分化、突觸形成等過程的表觀遺傳學研究，從而有助於了解大腦發育的分子機制和訊號通路， 研究表觀遺傳訊號分子對胚胎期神經發育的影響，為神經系統疾病的預防發展提供理論支援。
神經再生和修復機制的研究。
腦類器官還可用於研究神經再生和修復的機制，建立神經發生、神經存活、軸突生長和鈣穩態等神經機制的表型缺陷，通過模擬神經損傷後的修復過程，幫助發現促進神經再生和修復的關鍵因素和訊號通路，為神經系統損傷的發展提供新的思路和方法。
腦漿器官如何修煉？
目前，兩種型別的幹細胞可用於獲得類器官：多能幹細胞（PSC）和組織幹細胞（TSCS）。 近日，環特生物成功構建了腦類器官模型，在模擬大腦發育環境的培養基中，通過人源誘導多能幹細胞（iPSCs）**分化成類似於人腦的三維組織，為研究人腦發育和功能、疾病發生、藥物發現、 等。
歡特生物科技在基因編輯、類器官和斑馬魚技術服務方面擁有超過10年的經驗住腦類器官相關試劑，以及我們致力於為客戶進行IPSCS腦類器官構建與鑑定、前腦類器官損傷模型構建等技術技術服務使腦科學研究更加有效，事半功倍。那麼，大腦類器官是如何培養的呢？
iPSCs** 腦類器官構建方法。
基於人類誘導多能幹細胞（iPSCs），將iPSCs進行3D培養形成胚狀體後，誘導EBs分化形成具有自我更新能力的神經祖細胞，然後進一步延伸3D培養階段，形成更複雜的層次結構，類似於發育中的大腦皮層。
具體來說，神經祖細胞可以自組織形成連續的神經上皮細胞組織，隨著這些大腦區域化結構的發展，神經祖細胞產生的神經元從生髮區遷移到基底區。 這種細胞分層和神經細胞遷移與發育中的人腦非常相似。 因此，iPSCs誘導的大腦類器官是3D細胞的聚集體，它們可以自組織以重建一些內源性組織，並表現出與人腦相似的生理特徵。 iPSCs的腦類器官構建**，它可以提供構建的類器官（固定類器官）、類器官明場顯微鏡鑑定和類器官標記物鑑定等。 原理圖如下：
圖1腦類器官培養不同階段的典型明場圖。
圖2神經幹細胞、前腦標誌物和神經元標誌物的典型圖。
構建前腦類器官損傷模型的方法。
基於人誘導多能幹細胞（iPSCs）的正常前腦類器官菌株**，構建了酒精誘導的腦類器官損傷模型和FBS誘導的腦神經損傷模型。
在正常大腦中，由於血腦屏障（BBB）的存在，腦組織不能直接接觸血液中的相關物質。 在某些損傷條件下，腦組織的血腦屏障通透性發生變化，導致血液中的物質洩漏到腦組織中，從而引起腦組織中的炎症反應，並造成腦損傷。 因此，FBS可用於在體外暴露大腦類器官，以模擬這種損傷過程並找到相關方法。
SOX2是一種表徵神經乾性的蛋白質，在大腦發育過程中，SOX2應以蓮座狀結構分布，在損傷的條件下，腦器官的發育會受到干擾，影響神經乾性，因此SOX2的表達可以反映大腦類器官的損傷。
在細胞凋亡中，染色體DNA雙鏈斷裂或單鏈斷裂會產生大量的粘性3'-OH-terminus，在脫氧核醣核苷酸末端轉移酶 （TDT） 存在下，將螢光素、過氧化物酶、鹼性磷酸酶或生物素形成的脫氧核醣核苷酸和衍生物標記到 DNA 上3'-terminal，允許檢測凋亡細胞，這種方法稱為末端脫氧核苷酸轉移酶介導的缺口末端標記（TUNEL）。 由於正常或增殖的細胞幾乎沒有 DNA 斷裂，因此不存在 e3'-OH形成，很少能夠染色。 因此，TUNEL染色可用於反映細胞凋亡。
通過構建前腦類器官損傷模型，對腦類器官SOX2的螢光染色和腦類器官的TUNEL染色進行評價，評價前腦類器官損傷及其發生機制。 原理圖如下：
圖1用酒精和 FBS 處理的腦類器官的 SOX2 螢光染色的典型影象。
圖2用酒精和FBS處理的腦類器官的TUNEL染色的典型影象。
腦漿器官的前沿應用案例。
大腦是乙個複雜而精密的細胞網路。 目前，隨著腦類器官模型的不斷完善，在自閉症、肌萎縮側索硬化症等複雜腦部疾病的建模與研究、神經再生與修復研究、腦發育與神經發生機制研究等方面湧現出許多創新突破性研究，為腦科學和神經科學的發展提供了新的機遇。 並有望為神經系統疾病的發展和藥物開發帶來革命性的突破。腦類器官國際前沿應用進展如下
疾病建模和研究應用。
在疾病建模方面，腦類器官廣泛用於模擬神經系統疾病，如自閉症、ALS、RTT症候群、帕金森病和阿爾茨海默病。 通過構建與疾病相關的腦類器官模型，研究人員可以更深入地了解疾病的發病機制，為藥物發現和新藥篩選提供有力的工具。
孤獨症：2023年10月，來自奧地利和瑞士的科學家在《自然》雜誌上發表了乙份報告（影響因子=64）。8）發表最新研究**，率先整合人腦類器官、單細胞基因測序和基因編輯技術，從而在人腦類器官單細胞水平上實現對形成自閉症發育缺陷的基因突變和細胞型別的高通量、高精度、高魯棒性綜合檢測，為研究最複雜的腦部疾病帶來新的希望。
肌萎縮側索硬化症：運動神經元的損傷可導致肌肉正常收縮，影響身體的運動能力，“ALS”就是其中的代表之一。 史丹福大學的乙個研究小組首次成功地生成了負責自主運動的人類神經迴路的三維模型。 他們使用iPSC技術生成了三種型別的器官——大腦皮層、脊髓和骨骼肌——並將它們自行“組裝”在培養皿中，為ALS開闢了新的視角**。 
該圖顯示了 PSC 衍生的人類大腦皮層運動類器官組裝。
RTT症候群：RTT症候群是一種嚴重影響兒童精神運動發育的疾病，其**是X染色體上MECP2基因的突變。 由於缺乏有效的方法，以及傳統的2D和3D培養細胞無法表徵疾病，研究人員使用腦類器官模型進行研究。 通過分別培養來自大腦不同區域的腦類器官，並將這些類器官與高解像度MEA相結合進行檢測，將有助於更好地了解RTT症候群的發病機制，並為未來的**提供線索。
寨卡病毒：研究人員利用腦類器官揭示了寨卡病毒引起的先天性顱骨缺損（小頭畸形）的致病機制，發現人類神經祖細胞是寨卡病毒的直接靶點，並利用腦類器官模型進行藥物篩選，發現了一種最具潛力的小分子抑制劑。 這為寨卡病毒提供了一種新的候選藥物。
在藥物篩選和個性化中的應用**。
自腦類器官技術誕生以來，從患者誘導多能幹細胞（iPSCs）中分化出來的人腦類器官**，作為研究人類地方性腦病機制的優秀模型，在藥物篩選、臨床前檢測和個性化方面具有廣闊的前景。
2021年的一項研究表明，患有唐氏綜合症的人腦類器官存在皮質發育缺陷，可以通過干擾DSCAM基因表達和抑制下游分子PAK1來挽救。 這樣，體外誘導的人腦類器官不僅可以用於疾病，還可以成為疾病程式篩選的良好工具，為研究神經系統疾病的研究人員提供了人源化模型。
近日，史丹福大學神經科學家帕斯卡帶領他的團隊在國際頂級期刊《自然》上發表了一篇關於大腦類器官的新研究文章。 在這項研究中，研究人員將人類多能幹細胞誘導分化為大腦皮層類器官，並將其原位移植到新生無胸腺大鼠的體感皮層中，以構建人鼠雜交腦類器官T-HCO。 這種類器官不僅可以在大鼠體內正常生長並表現出正常的大腦生理機能，而且還參與控制行為的大腦神經迴路。 本研究為腦神經退行性疾病的研究和新藥的開發提供了新的策略。
此外，已經表明大腦類器官對已建立的抗稜鏡蛋白化合物有反應，並且它們作為藥物篩選模型具有巨大的潛力。
在大腦發育研究中的應用。
2024 年 1 月 8 日，荷蘭 Princess Máxima 兒科腫瘤中心的研究人員等人開闢了一種全新的方法，直接從人類胎兒的腦組織中開發大腦類器官，為研究與大腦發育相關的疾病（包括腦腫瘤）的發展和**提供了有價值的手段。 該研究發表在《細胞》雜誌上，標題為《人類胎兒大腦自組織成長期擴充套件的類器官》。
在這項研究中，研究人員發現，健康的人類胎兒腦組織在體外自組織成類器官（febos），表現出與體內細胞相似的異質性和複雜組織。 Febos 的生長是維持組織完整性所必需的，這保證了組織細胞外基質 （ECM） 生態位的產生，最終使 Febos 具有擴增的能力。 利用CRISPR-Cas9基因編輯技術，研究人員還展示了用於腦癌研究的同基因突變Febos細胞系的產生。
*：將人胎腦自組織成長期擴增的類器官在神經再生和修復研究中的應用。
腦類器官在神經再生和修復的研究中也發揮著重要作用。 研究人員利用腦類器官模型研究神經幹細胞的分化、遷移和突觸形成，為神經再生醫學提供了新的思路和方法。
2023年11月，新加坡國立大學的Florent Ginhoux團隊在《自然》雜誌上發表了一篇報告（影響因子：IF=64）。8）發表最新研究成果，通過腦類器官揭示小膠質細胞在人腦發育中的作用。本研究將多能幹細胞**的巨噬細胞與腦類器官共培養，以模擬胚胎小膠質細胞的特徵，胚胎小膠質細胞可以合成膽固醇並將其儲存在脂滴中，脂滴可被神經元前體細胞吸收，影響神經元前體細胞的成熟和分化。 腦類器官為未來的神經科學研究和神經系統疾病提供了乙個強大的模型。
*：IPS-細胞衍生的小膠質細胞通過膽固醇轉移促進腦類器官成熟近年來，隨著類器官技術的不斷發展，為疾病**、新藥研發、機理研究提供了新的可能性。 依託斑馬魚+哺乳動物+類器官+基因編輯4大技術平台，立足近10年持續技術創新實踐，以專業前沿的技術服務解決方案，幫助科研人員在類器官技術應用和科研上取得更多突破，共同探索更多未知，開創腦科學研究新時代！