0

0
0

文字

分享

0
0
0

擁有人腦的老鼠?人腦類器官首次成功移植到其他物種

李紀潔、羅鴻
・2018/05/30 ・2856字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

索爾克研究所(Salk Institute)科學家手中的小鼠外表和行為就跟牠的同類一模一樣,除了······頭上有特製玻璃覆蓋著開洞的頭殼,以及腦中植入了人類的迷你腦!

實驗中被移植的人腦類器官大小約碗豆一般,利用宿主的養分和血液讓它可以存活長達幾個月的時間。此結果刊登在4月的〈自然-生物技術(Nature Biotechnology〉期刊上,這也是第一次這是第一次科學家成功將人腦的「類器官」(Human brain organoid)移植入其他物種。

將人腦類器官組織(圖中綠色的部分)移植到小鼠組織當中;紅色的部分是神經元。
Credit: Salk Institute

科學家們看到這令人興奮的結果並不自滿,他們要緊接著使用這樣的系統去觀察人腦的發育,及測試類器官移植是否能應用在修補腦發育異常或損傷的部分。同樣使用人腦類器官以研究思覺失調症(schizophrenia)的紐約州立大學的神經科學家Michal Stachowiak特別評論道:

「這是科學技術上很大的進步,成為再生醫學中使用類器官的重要起點。」

什麼是人腦類器官?

科學家們在 2013 年利用幹細胞創造出最初的人腦類器官:這些類器官擁有類似胚胎時期的腦結構,同時能產生數種不同種類的腦細胞。而在進一步的調控下,人腦類器官在當時已能重現例如像是提摩西症候群Timothy syndrome)等神經發育疾病的病徵。研究員們認為類器官是個比實驗動物或細胞培養更為貼近實際人腦狀態的實驗模式(model),讓科學家能夠揭開人腦發育的秘密,並作為潛在療法和基因編輯的測試平台。

產生人腦類器官的大概步驟為促使人類幹細胞先分化成腦細胞,並讓他們長到幾毫米的大小形成類似於大腦有空腔的球狀結構。其中,類器官的腦細胞可以像正常的新生腦細胞從內而外遷移的方式(inside-out migration)形成類似腦皮質(cortex)的樣子,甚至具有完整的神經細胞電生理活性。

人腦類器官在培養下會形成3D結構,一顆類器官可能具有多個類似大腦的空腔球狀結構。人腦類器官可以形成神經幹細胞(綠色)和神經細胞(紅色)並座落在預期的發育區域。 圖 / 原始研究提供

但是人腦類器官要比擬真實的人腦仍是有極限的,當他們長到幾毫米大時,氧氣和養分便沒有辦法傳遞給最內部的細胞。

「在我們手中,類器官長到五週大後便停止生長了。即便使類器官撐到十週的時間,連最易取得養分的外層細胞也會跟著死亡。實驗也只能停止了。」本篇研究的通訊作者Fred Gage教授這麼說到。

因此,如果科學家要使人腦類器官能繼續成長到類似八個月大的胎兒腦結構,他們首先要克服的如何提供氧氣和養分給人腦類器官中每個細胞。而植入人腦類器官到老鼠的大腦中將能夠提供他們發育和成長所需要的一切養分!

老鼠成為培養人腦類器官的大功臣

首先,研究團隊準備在培養皿培養 31 到 50天的人腦類器官,接著他們移除了小鼠大腦的一小部分並將類器官移植到當中。這些人腦細胞已帶有綠色螢光蛋白的基因,所以科學家們可以透過老鼠頭上的透明窗口觀察移植的類器官。

人腦類器官移植簡圖和移植結果。圖 / 原始研究提供

在 200 多次的移植中,八成的實驗都在 12 周內長出了新的神經,包含了人腦皮層特有的區域、神經膠細胞像是星狀膠細胞(astrocyte)和神經幹細胞等等。最令人開心的是,移植 14 天後類器官幾乎都長出了複雜完整的血管以供應他們充足的氧氣和養分。這樣的環境足以上他們存活到 233 天,他們的形狀和細胞成熟的程度約莫等於新生胎兒的腦。

人腦類器官移植後可以看見血管生成,以供給細胞養分。圖 / 原始研究提供

這些移植的類器官也長出了作為生物腦中神經電線的軸突,不只延伸到小鼠的其他腦區中,還橫跨到了另一個未被植入的大腦半球中。人腦類器官和小鼠大腦的的神經連結相當的穩固,因此科學家們也能觀察到同步的神經活動。

人腦類器官能夠和小鼠的大腦形成突觸。白色訊號表示人腦類器官的樹突,綠色(hSyn)為人腦類器官軸突末端(axonal terminus),紅色(PSD95)則代表小鼠的樹突棘(dendritic spine),當綠色和紅色訊號重疊時表示該處有突觸生成。

科學家們使用顯微鏡觀測神經活性,可以觀測到人腦細胞具有自然同步放電等行為,且此網路在間隔三個月的觀測中仍可以維持一致。

「當神經同步放電,這表示他們不但有連結,還能互相溝通並形成網絡」這篇研究的第一作者Abed Mansour表示。

人腦類器官在鼠腦中可以形成穩固的神經網路。圖 / 原始研究提供

帶有人腦細胞的小鼠不一樣?

早在去年11月在Society of Neuroscience的年度會議上,此團隊已公開描述了他們的實驗。而生物倫理學家(bioethicists)紛紛問起:

「人腦類器官移植會不會影響老鼠的智商、意識以及他們的自我認同(identity)?」

人腦類器官移植會不會影響老鼠的智商、意識以及他們的自我認同(identity)?圖/pxhere

現在這篇發表的論文中明確地描述了人腦類器官是如何的嵌入到老鼠的大腦中,並同時回答了大家的一大擔憂:

至少就目前科學家所測試的實驗中,移植人腦類器官的老鼠看起來並沒有什麼不同,跟一般的實驗鼠相比也沒有比較聰明。

雖然有了人腦的植入,但是這些老鼠並沒有學的比較快。科學家們讓老鼠們在一個有 20 個洞的圓形平台上尋找能夠離開的通道,雖然人腦老鼠第一天犯的錯誤比較少,但是第二天測試後並沒有明顯的差異。

植入人腦類器官的老鼠在空間記憶上和控制組並沒有明顯差異。

對於動物行為的測試結果,Gage 認為他們仍然需要更多的實驗來驗證才能回答這些他人所提出的問題,並且也不排除除了此項行為測驗之外,人腦老鼠可能有其他的行為尚未被檢測出來。

雖然帶著人腦的老鼠乍聽之下有點科學怪人般的驚悚,但是本篇研究提供了一個嶄新的大腦發育模式,無疑是神經科學研究和再生醫學的一大福音。希望在不久的將來能夠看到此模式被應用於更多的科學研究上,並能讓更多為大腦疾病所苦的人帶來一線希望。

參考資料

文章難易度
李紀潔、羅鴻
13 篇文章 ・ 0 位粉絲
來自陽明大學基科所的畢業生,喜歡神經科學、遺傳和演化的企鵝狂熱二人組。本來對科普寫作毫無興趣,在大學老師強烈遊說之下仍然無動於衷,畢業後卻意外開始在泛科學寫科普文章。興趣分別是畫畫和魔術方塊。目前兩人都在德國攻讀神經科學博士,分別專攻老化和神經再生、電生理和動物行為。


0

0
0

文字

分享

0
0
0

什麼是「骨髓纖維化」?為什麼它會讓患者失去造血功能?

careonline_96
・2021/10/21 ・2074字 ・閱讀時間約 4 分鐘
讓人失去造血功能的骨髓纖維化,血液專科醫師圖文解析

一名六十多歲的女性患者平日生活忙碌,最近幾個月經常感到疲倦,精神不太好、容易忘東忘西,此外,體重還驟降好幾公斤。

「大多數女性患者剛變瘦時,可能會感到開心,但變瘦一段時間後,就會漸漸感到不對勁。」

大林慈濟醫院血液腫瘤科李思錦醫師說明,因腹部不適、吃不太下,該患者便到腸胃科就診。檢查發現脾臟變大,是一般人的好幾倍大,且貧血很嚴重,故轉診到血液腫瘤科。

「骨髓纖維化患者大多會因為貧血、腹部不適、體重減輕而先到相關科別就診,最後才輾轉來到血液腫瘤科。」李思錦醫師指出,「該患者後續接受骨髓檢查,評估屬於中度風險病人,開始接受口服藥物治療。大約兩週後,她就覺得腹部不適得到改善,開始吃得下東西。隨著營養狀況改善,精神、體力逐漸恢復,體重也慢慢回升。」

讓患者失去造血功能的骨髓纖維化

骨髓纖維化較常出現在中老年人,但各年齡層皆可能罹病,且男女比例差不多。李思錦醫師表示,骨髓纖維化是因為基因突變,使造血細胞異常增生,這些額外增加的細胞會產生細胞激素,使患者出現不適症狀。

另外,這些細胞激素會讓正常骨髓中的間質細胞纖維化,原本可容納造血細胞的空間,漸漸充滿纖維組織,而沒有足夠的空間造血。因為人體還是需要造血,所以會依賴髓外造血,由肝臟、脾臟等器官執行造血功能,因而導致肝臟、脾臟腫大。

什麼是骨髓纖維化?

正常脾臟重量約幾百公克,正常時通常無法摸到,李思錦醫師解釋,骨髓纖維化患者的脾臟變大,可能重達 1、2 公斤,甚至延伸到骨盆腔。異常腫大的脾臟會對其他器官造成壓迫,而導致不適,故患者常因為脾臟腫大而就診。

脾臟腫大會讓患者感到腹脹、肚子痛、吃不下、容易有飽足感,體重便會漸漸下降。李思錦醫師說明,骨髓纖維化症狀與造血功能失調有關,由於攜帶氧氣的血紅素不足,可能讓人體力變差、常感到疲累、注意力不集中;白血球低下,讓患者較常感染、發燒。另外,還可能出現搔癢、夜間盜汗、骨頭疼痛等症狀。

由於上述症狀較無特異性,也常被誤認為是老化現象,所以容易延誤就醫。李思錦醫師提醒,如果有這些症狀,應盡速就醫,安排進一步血液、骨髓檢查,才能盡早診斷,把握治療時機。

骨髓纖維化常見症狀

骨髓纖維化的治療選項

骨髓纖維化的根本治療,需要做骨髓移植,但對年紀較大的患者而言,骨髓移植的風險較高。李思錦醫師解釋,無法接受骨髓移植的患者會採取緩解治療,如患者的白血球功能較差、容易感染,可能會給予白血球生長激素;若是紅血球不夠,可以輸血或給予促進紅血球生成的藥物;若是血小板不足,可輸血小板,或使用促進血小板增生的藥物。

骨髓纖維化的治療

骨髓纖維化是基因造成的問題,目前已可使用口服藥物來治療,李思錦醫師說明,口服藥物可用於中度、高度風險的骨髓纖維化病人,來改善症狀。

「口服藥物有機會讓脾臟變小,患者比較不會那麼不舒服,吃得下東西,體力會比較好,生活品質也可以改善。」李思錦醫師表示,由於基因突變的累積,骨髓纖維化患者大約有 10% 會發生急性血癌,一定要按時回診追蹤。

貼心小提醒

骨髓纖維化會讓患者骨髓漸漸失去造血功能,從而導致多種症狀,李思錦醫師提醒,若出現骨髓纖維化十大症狀,包括疲勞、腹部不適、易有飽足感、體重下降、活動力不佳、注意力不集中、搔癢、骨頭疼痛、發燒、夜間盜汗,請盡快就醫。患者可使用「骨髓纖維化自我檢測量表(MPN10 量表)」來對十大症狀的嚴重度評分,從沒有症狀的零分到很嚴重的十分,以數字量化嚴重程度,有助醫師評估病況及治療成效。

骨髓移植有機會治癒骨髓纖維化,狀況許可時患者可接受骨髓移植。不適合接受骨髓移植的患者能夠接受緩解治療、藥物治療以改善症狀,提升生活品質。李思錦醫師叮嚀,骨髓纖維化可能演變成急性血癌,呼籲患者務必定期追蹤!

以上衛教資訊由台灣諾華協助刊登。TW2110021078

careonline_96
1 篇文章 ・ 3 位粉絲
台灣最大醫療入口網站
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策