為什麼人類與近親物種存在差異?迷你大腦或能給出答案
2019年10月21日08:21
通過研究人類和近親物種的大腦發育,能夠理解導致人體細胞和組織與眾不同的機製和根源,目前我們擁有先進的技術可以實現實驗室培育大腦組織,這些技術包括:誘導性多能幹細胞、CRISPR基因編輯技術、類器官和單細胞基因組學
通過研究人類和近親物種的大腦發育,能夠理解導致人體細胞和組織與眾不同的機製和根源,目前我們擁有先進的技術可以實現實驗室培育大腦組織,這些技術包括:誘導性多能幹細胞、CRISPR基因編輯技術、類器官和單細胞基因組學

  新浪科技訊 北京時間10月21日消息,據國外媒體報導,研究人員在實驗室培育人類、猿類和猴子的大腦組織,從而瞭解人類大腦的與眾不同之處,在某些方面,人類大腦是獨一無二的,因為人類智力較高,是地球上唯一能夠從事複雜行為、具有高等思維能力的動物,例如:製造宇宙飛船進入太空、網絡社交平台上發佈表情包等。

  然而一些問題仍然困擾著科學家,為什麼人類與近親物種存在差異?以及為什麼很難獲得研究這些差異的大腦組織?目前,一支科學家小組希望以一種只有人類才能做到的方式探索這一主題:借助基因排序和大腦類器官,在實驗室培養皿中從幹細胞中培育出微型器官。

  研究報告作者之一、瑞士分子和臨床眼科研究所項目負責人格雷·卡姆普說:“通過研究人類和近親物種的大腦發育,能夠理解導致人體細胞和組織與眾不同的機製和根源,目前我們擁有先進的技術可以實現實驗室培育大腦組織,這些技術包括:誘導性多能幹細胞、CRISPR基因編輯技術、類器官和單細胞基因組學。”

  幹細胞是一種基礎細胞,它可以轉化成為更特殊類型的細胞,而誘導多能幹細胞(iPSCs)是科學家們從其他細胞培育出來的幹細胞。目前,馬克斯·普朗克進化人類學研究所的薩賓娜·坎頓(Sabina Kanton)、邁克爾·詹姆斯·博伊爾(Michael James Boyle)和何誌鬆(音譯)帶領同事進行了一項實驗,他們從動物園動物和人類血液樣本中提取白細胞製造出誘導多能幹細胞,之後利用不同成分,誘導這些細胞進入大腦早期發育階段,類似於發育中的胚胎階段,直到它們開始出現特殊變化,變成三維大腦組織塊。

  研究人員利用4個月時間觀察了人類、獼猴、黑猩猩的大腦類器官生長和細胞發育狀況,他們取樣分析了單個細胞中的RNA——本質上講,RNA是細胞用於製造蛋白質的DNA部分,並觀察細胞之間的差異性。

  使用這些數據,他們創建了人類的特有基因“圖譜”以及發育過程中改變細胞外觀的遺傳機製,他們還將這些大腦類器官與從死人、黑猩猩、倭黑猩猩和獼猴身體上提取的組織進行了比較,記錄哪些特定變化出現在成年體和未成年體大腦,哪些特定變化僅出現在成年體大腦。

  坎頓解釋稱,這項研究並未深入探討基因如何影響類器官較大結構的特殊差異,然而他們觀察發現人體大腦類器官在相同時間內似乎不及黑猩猩和獼猴,這可能是之前研究中顯示人類大腦發育較緩慢的相關證據。這項最新研究報告發表在近期出版的《自然》雜誌上。

  美國加州大學舊金山分校副教授亞曆克斯·波倫(Alex Pollen)未參與這項最新研究,他在接受記者採訪時稱,這項研究是大腦類器官研究領域的重要環節,因為它呈現了猴子、猿和人類大腦發育之間的差異。

  令他感到興奮的是,研究人員發現了不同物種之間的大腦差異,這些差異特徵延伸體現在真實大腦組織,然而在這個實驗模型能夠真實模擬成熟大腦細胞之前,還需要進行“實際工作”。

  美國約翰霍普金斯大學神經科學助理教授居爾·多倫(Gul Dolen)是另一位未參與這項研究的科學家,她警告稱,大腦發育具有一定的複雜性,類器官發育過程很難記錄,當人們出生後一段時間大腦才進行快速發育,此外,這項最新並非僅涉及遺傳問題,還證明大腦類器官與腦細胞間連接具有重要關聯性。

  多倫指出,我之前曾問詢過坎頓,他是否考慮過使用迷你大腦工作的事實,以及是否大腦適合進行試驗,一些大腦類器官缺少真實大腦所擁有許多機製,並且具有最小的腦電活動。

  涉及這項最新研究報告的工作人員希望他們能夠創造一種資源渠道,便於其他研究員深入分析人類進化發育之謎,或許科學家可以用類似的方法瞭解其他方面的差異,例如:人類呼吸系統、消化系統。(葉傾城)

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