白癜风病友微信群 http://www.guanxxg.com/news/roll/1563797.html一组工程师和神经科学家首次表明，植入小鼠体内的大脑器官形成了与小鼠大脑皮层的功能连接，并对外部感官刺激作出反应。该团队观察到有机体对视觉刺激的反应与周围组织相似，这要归功于一种透明的石墨烯微电极阵列和双光子成像系统，这种显微镜技术可以对厚度达一毫米的活体组织实施成像，并允许在长达几个月的时间内进行实时监测。
这项研究最近发表在《自然通讯》杂志上，由加州大学圣地亚哥分校电子和计算机工程系的研究员DuyguKuzum领导，合作者包括来自波士顿大学AnnaDevor实验室、加州大学圣地亚哥分校AlyssonR.Muotri实验室和索尔克研究所FredH.Gage实验室的研究人员。
加州大学圣地亚哥分校的博士生麦迪逊-威尔逊是这项研究的第一作者，该研究显示，植入小鼠体内的人脑器官已经与动物的大脑皮层建立了功能连接，并对外部感官刺激做出了反应。资料来源：DavidBaillot/加州大学圣地亚哥分校
人类皮层器官来自于人类诱导多能干细胞，这些细胞通常来自于皮肤细胞。这些大脑器官最近成为研究人类大脑发育以及一系列神经系统疾病的颇有前景的模型。
但直到现在，还没有一个研究小组能够证明植入小鼠皮层的人脑器官能够拥有相同的功能特性，并以相同的方式对刺激作出反应。这是因为用于记录大脑功能的技术是有限的，通常无法记录持续时间只有几毫秒的活动。
研究人员在有机体上方的电极通道中观察到电活动，显示有机体对刺激的反应与周围组织相同。资料来源：DavidBaillot
论文第一作者、加州大学圣地亚哥分校Kuzum研究小组的博士生MadisonWilson说："没有其他研究能够同时进行光学和电学记录。我们的实验显示，视觉刺激在器官中唤起电生理反应，与周围皮层的反应相匹配。"
研究人员希望这种结合创新的神经记录技术来研究有机体将成为一个独特的平台，以全面评估有机体作为大脑发育和疾病的模型，并研究它们作为神经修复体来恢复失去的、退化的或受损的大脑区域的功能。
研究人员能够检测和成像移植的人脑器官和小鼠大脑之间的边界。资料来源：麦迪逊-威尔逊/圣地亚哥大学
Kuzum说："这个实验装置为调查人类神经网络层面的功能障碍开辟了前所未有的机会，这些功能障碍是发育性大脑疾病的基础。"
Kuzum的实验室在年首次开发了透明石墨烯电极，此后一直在推进这项技术。研究人员使用铂金纳米粒子将石墨烯电极的阻抗降低了倍，同时保持其透明。低阻抗的石墨烯电极能够在宏观和单细胞水平上记录和成像神经元活动。
通过将这些电极阵列放在移植的有机体上，研究人员能够实时记录植入的有机体和周围宿主皮层的神经活动。利用双光子成像，他们还观察到小鼠血管长入类器官，为植入物提供必要的营养和氧气。
研究人员对植入类器官的小鼠施加了视觉刺激--光学白光LED，同时小鼠处于双光子显微镜下。他们在有机体上方的电极通道中观察到电活动，表明有机体对刺激的反应与周围组织相同。电活动从最接近视觉皮层的区域通过功能连接传播到植入的有机体区域。
此外，他们的低噪音透明石墨烯电极技术能够从类器官和周围的小鼠皮层中电记录尖峰活动。石墨烯记录显示，伽马振荡的功率增加，以及来自类器官的尖峰与小鼠视觉皮层的慢速振荡的相位锁定。这些发现表明，在植入三周后，有机体已经与周围的大脑皮层组织建立了突触连接，并接受了来自小鼠大脑的功能输入。研究人员将这些慢性多模态实验持续了11周，并显示植入的人脑器官与宿主小鼠的大脑皮层在功能和形态上的整合。
接下来的步骤包括涉及神经疾病模型的更长时间的实验，以及在实验装置中加入钙成像，以可视化类器官神经元的尖峰活动。其他方法也可用于追踪类器官和小鼠皮层之间的轴突。
Kuzum说："我们设想，沿着这条路走下去，这种干细胞和神经记录技术的组合将被用于在生理条件下建立疾病模型；检查病人特定器官的候选治疗方法；以及评估器官恢复特定损失、退化或受损脑区的潜力。"
