怀孕第一个月，人类的大脑是如何发育的？

　　

我们对人脑了解很多，但对大脑如何形成却知之甚少。特别是，妊娠第2周到第7周，对于大脑研究者来说，几乎是未知的领域。

为了进一步了解这一特殊时期，来自神经科学系和健康与医学学院诺和诺德基金会干细胞生物学中心的研究人员现在开发出一种模型，在实验室模拟人脑的这些早期阶段。

该模型是基于胚胎干细胞的微流控系统，该系统是与瑞典隆德大学的生物工程师合作开发的。

“我们知道，在胚胎早期，大脑会受到各种浓度的生长因子的影响，这些生长因子会导致不同脑区的形成，”第一作者、助理教授佩Pedro Rifes解释说。“通过使用微流控技术，我们可以在极为可控的条件下重建早期胚胎中发现的环境。”

“当我们将干细胞暴露在受控环境中时，我们可以在卵子受精后的4-5周左右，在很早的阶段创造出一个类似胚胎大脑的组织，这一阶段至今还没有研究报道。”

人脑发育树

研究人员使用这个新模型绘制脑细胞发展地图——即“人脑发育树”，从而了解人类大脑中不同神经细胞的巨大复杂性是如何在胚胎早期形成的。

这项研究的首席科学家、Agnete Kirkeby副教授说：“我们第一次接触到了一种类似于早期胚胎大脑的组织，这使我们能够进入并分析在每个发育阶段每个细胞的情况。”

今后，全世界的大脑研究人员将能够利用这棵“发育树”作为指导，为干细胞治疗生产不同类型的神经细胞。通过研究神经细胞的自然发育，研究人员将能够加快在实验室中创建生产特定神经细胞的配方。

干细胞治疗配方

Agnete Kirkeby清楚地意识到加快干细胞治疗途径的重要性。她与伦德大学和剑桥大学的同事一起一直致力于开发一种治疗帕金森氏症的干细胞疗法。这个项目需要Kirkeby和她的同事产生一种非常特殊的神经细胞，多巴胺能神经细胞，这些细胞在帕金森病中丢失了。

“我们在这个项目上已经取得了很大进展，很快就能在人类身上首次测试干细胞治疗。但我们花了10多年才达到这一目标，因为我们仅能依靠反复试验的方法从干细胞中培养出正确的神经细胞。”

有了新模型的知识，研究人员希望将来能够大大缩短这一过程。

“如果我们准确地了解大脑在早期是如何发育的，那么在实验室生产人类神经细胞时，我们将能够更好地引导干细胞朝着正确的方向发展，这将使我们能够更快速、更有效地开发出针对癫痫、帕金森病和某些类型的痴呆症等神经疾病的细胞疗法，”Kirkeby说。

检测环境毒素

除了增加我们对大脑发育知识和为未来的干细胞治疗铺平道路之外，Kirkeby相信胚胎大脑模型也可能有其他有用的用途。

“这个模型可以用来研究胚胎早期的脑细胞在我们日常生活中是如何对我们周围的某些化学物质做出反应的——这些物质可能是我们的环境、消费品或一些孕妇可能需要的药物中的物质。到目前为止，我们还没有一个好的模型来精确地测试这一点。

原文检索：Modeling neural tube development by differentiation of human embryonic stem cells in a microfluidic WNT gradient

（生物通：伍松）