基于单神经玫瑰花结干细胞衍生的人端脑类器官生成与表征技术及其在神经发育疾病模型中的应用

来自国际前沿的研究团队开发了从干细胞衍生的单神经玫瑰花结（neural rosettes）生成人端脑类器官的创新方法。该技术通过模拟体内神经管发育过程，实现了端脑神经细胞成分的高度可重复性排列，并成功构建了含功能成熟神经元（具备动作电位和突触传递能力）的类器官模型。研究利用CRISPR-Cas9构建SHANK3半缺失干细胞系，结合单细胞RNA测序（scRNA-seq）和膜片钳技术，为研究人类端脑神经细胞分化机制及神经发育障碍（如自闭症谱系障碍）提供了新型研究平台，相关成果将推动类器官生物计算机的研发。

　　

这项突破性研究建立了一种从干细胞诱导的单神经玫瑰花结（neural rosettes）高效生成人类端脑类器官（telencephalic organoids）的技术体系。该方法的独特优势在于精准模拟了体内神经管单点起源的发育模式，所获类器官不仅呈现端脑神经细胞（如谷氨酸能神经元和GABA能神经元）的高度一致性分布，更展现出围绕单一管腔（lumen）的仿生三维结构。

通过CRISPR-Cas9基因编辑构建的SHANK3^+/-干细胞模型，结合单细胞转录组测序（scRNA-seq）和脑片膜片钳技术，研究人员证实这些类器官含有大量功能成熟的神经元——这些细胞不仅能产生动作电位（action potentials），还可接收兴奋性/抑制性突触输入（synaptic inputs）。这种具有神经环路特征的类器官为解析人类端脑发育过程中神经细胞命运决定（cell fate specification）和空间排布规律提供了理想模型，特别适用于研究自闭症相关SHANK3基因缺失导致的神经网络异常（neurodevelopmental disorders）。

整套技术方案涵盖干细胞工程、类器官分化、scRNA-seq分析及电生理检测等关键环节，耗时约5-6个月。该平台不仅为脑发育研究和疾病建模开辟了新途径，其构建的具有功能性神经环路的类器官更在类器官生物计算机（organoid-based biocomputers）研发领域展现出重要应用前景。