迷你尼安德特人大脑在生长在实验室里看起来像爆米花

迷你尼安德特人大脑在生长在实验室里看起来像爆米花

迷你尼安德特人大脑在生长在实验室里看起来像爆米花

豌豆大小的,具有祖先NOVA1基因的尼安德特人迷你大脑。每个”豌豆”有大约400,000个细胞。

尼安德特人在大约4万年前灭绝,但由于尖端的科学,现在加利福尼亚州有一个实验室,培养皿里装满了豌豆大小的穴居人的大脑。

研究人员为什么要培养和研究这些迷你大脑?他们说,原因是这些小神经肿块可能会揭示为什么尼安德特人死亡,智人继续征服地球上的大部分地区。

研究负责人,加利福尼亚大学圣地亚哥分校(UCSD)干细胞项目主任Alysson Muotri说”尼安德特人迷人,因为他们与我们分享了地球,现在我们已经有了遗传学证据。”

Muotri说,尼安德特人和人类大脑之间的遗传差异可能解释了他们的灭绝和我们的成功。换句话说,人类有可能取得巨大的技术进步,因为我们有复杂的神经网络,而尼安德特人则没有。

Muotri于6月1日在UCSD召开的一次名为Imagination and Human Origins的会议上介绍了该研究,该研究尚未发表在同行评议的期刊上。

制造一个大脑

为了进行调查,Muotri和他的同事将尼安德特人的基因组(先前从化石骨中提取并由其他研究人员测序)与现代人的基因组进行比较。在两个物种之间显示出显著差异的200个候选基因中,研究人员决定只关注一个:称为NOVA1的主要基因表达调控因子。

迷你尼安德特人大脑在生长在实验室里看起来像爆米花

人类迷你脑和圆形球形类器官。

Muotri说,NOVA1在神经发育过程中高度表达,并与神经系统疾病如孤独症和精神分裂症有关。NOVA1基因在人类和尼安德特人中非常相似 – 两个人种之间只有一个碱基对(或一对DNA”字母”)是不同的。

科学家们已经能在实验室中繁殖微型人体器官,被称为类器官。Muotri说,为了培育迷你尼安德特人大脑(研究人员戏称为”尼安德特人”),他们使用称为CRISPR的基因编辑工具对人类多能干细胞或能够发育成体内任何细胞的未成熟细胞进行”降胆固醇”治疗。

然后,利用他们的内部协议,”我们哄骗干细胞成为一个大脑类器官”,这个过程需要6到8个月的时长,Muotri说。现在完全长大,尼安德特人的尺寸大约为0.2英寸(0.5厘米),”所以一旦它们成熟,你可以用肉眼看到它们,”他说。

小型大脑不能变大,因为它们没有血管化,这意味着它们没有血液供应。相反,迷你脑细胞(每脑有多达400,000个)通过扩散接受营养。

“未来我们可能会生长出更大的类器官,”穆托里说。”我们正在通过在它们内部创建生物印刷的人造血管来解决这个问题。”

明显的差异

人类实验室生长的大脑通常是圆形的,但是尼安德特人不是。相反,尼安德特人的小型大脑具有细长的管状结构,使它们呈爆米花状,”Muotri说。

他指出,一些尼安德特人细胞在发育过程中也从源头迁移得更快,这可以解释不寻常的爆米花形成。

此外,Muotri补充说,尼安德特人没有尽可能多的突触联系,或神经元之间的联系,并改变了神经网络。他说,这些功能与自闭症患者的人类小型大脑相似。然而,他很难说这种相似性意味着什么,如果有的话,他说。

“相关性并不意味着它们是相似的,”穆托里说。”我们现在只能在这个阶段对此进行推测。”

然而,这项研究仍处于初期阶段,重要的是要注意该项目有一些局限性,德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所所长SvantePääbo说,他没有参与这项研究。

“有机体远远不能告诉我们大脑是如何起作用的,”帕耶博说,他和他的同事也在制作迷你尼安德特人大脑,而且这种方法有时会引入意想不到的突变。

即便如此,通过对照实验,”我很希望我们能够克服这些疑虑,”帕耶博在接受”科学”杂志采访时补充道,他希望将黑猩猩与由黑猩猩或人类细胞产生的小型大脑进行比较。

下一步是什么

Muotri的团队现在正在处理另一个类似科幻片的挑战。他们设计了一种机器人测量人类迷你大脑发出的电信号的方法。通过将机器人与迷你大脑连接起来,他们希望创建一个”学习反馈循环”,以帮助大脑指导机器人探索周围环境。

“最终,我们想比较尼安德特化的机器人(与机器人)来测试它的学习能力,”穆托里说。

总之,类器官研究可能揭示哪些遗传变异对人类成功至关重要。”通过系统地进行这项研究,我们将了解什么是使我们独特的人类基因改变,以及为什么他们被正确选择,”Muotri说。

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