通过窥探人类“迷你大脑”来了解大脑、研究疾病和测试新药

7个月大的3D迷你大脑

用共聚焦显微镜拍摄了一个7个月大的3D“迷你大脑”,揭示了整个个体神经元的结构。信贷:HEPIA

揭示“迷你大脑”内部结构的细节可能有助于加速药物研究,并可能为一些动物实验提供替代方案。

“迷你大脑”是针头大小的几种不同类型的人类脑细胞的集合。它们被用作一种工具,让科学家了解大脑如何发育,研究疾病和测试新药。个性化的“迷你大脑”可以从人类头发或皮肤样本中生成的干细胞中培育出来,这可能有助于揭示大脑疾病在个体中的发展过程,以及这个人对药物的反应。

今天,一组来自赫皮亚和韦斯生物和神经工程中心的科学家和工程师在《生物工程和生物技术前沿》杂志上发表了一项研究,首次揭示了“迷你大脑”的详细内部解剖学。

该论文的高级作者、组织工程实验室的阿德里安·鲁教授表示:“尽管在培育‘迷你大脑’方面取得了进展,但直到现在,我们仍然很难了解大脑内部的具体情况。”

“通常,为了观察‘迷你大脑’内部,我们把它切成薄片,放在显微镜下的载玻片上观察。这是一个缓慢的过程,会损坏样品。现在,第一次,我们产生了高分辨率的3 d图像的单一神经元内完整的“mini-brains”,揭示他们的非凡的复杂性,”博士补充说Subashika Govindan,该论文的第一作者,在HEPIA开展工作,现在康印度生物技术部职业生涯早期印度科技学院的研究员马德拉斯(IITM)。

该团队将一种标记单个神经元的新技术与一种使整个样本完全透明的方法结合起来。

Lightsheet显微镜

韦斯中心的光片显微镜。信贷:Wyss中心

利用Wyss中心的显微镜能力,该团队开发了最先进的定制模块,包括一个定制的样本支架和敏感的成像探测器,用于捕获完整完整的“迷你大脑”的3D图像,而不需要切割它们。然后,他们能够可视化和分析特定神经元的3D形态,以及它们在“迷你大脑”中的解剖分布。

Wyss中心的显微镜设备经理Laura Batti博士说:“人类‘迷你大脑’的寿命超过一年,随着我们更详细地可视化它们的新能力,我们可以设想减少一些动物实验等好处。”

这种新方法还可以实现大量“迷你大脑”的成像,使其适合于药物发现或毒性测试的高通量筛选。它具有可重复性和成本效益,并可能有助于加速个性化医学研究。

由Subashika Govindan、Laura Batti、Samira F. Osterop、Luc Stoppini和Adrien Roux撰写的论文《小大脑的质量生成、神经元标记和3D成像》发表在《生物工程与生物技术前沿》上。DOI: 10.3389 / fbioe.2020.582650

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