人脑类器官揭示了小胶质细胞的发育和功能

概括： 研究人员已经开发出含有小胶质细胞（大脑的免疫细胞）的人脑类器官。 这些细胞器使研究人员能够研究小胶质细胞如何在比以前的模型更真实的环境中发育和发挥作用。

研究人员发现，小胶质细胞受其发育环境的影响，并在发育和疾病中发挥作用。 他们的发现可能会导致神经系统疾病的新疗法。

关键事实：

• 小胶质细胞负责清除细胞碎片和病原体，它们还在神经保护中发挥作用。
• 研究人员发现，患有自闭症谱系障碍的个体的小胶质细胞对伤害或入侵者的反应更为活跃。
• 研究人员希望他们的发现能够为自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病等神经系统疾病带来新的治疗方法。

来源： 萨利克研究所

小胶质细胞位于人体免疫系统和大脑的交界处，它们是专门的大脑免疫细胞，在发育和疾病中起着重要作用。 虽然小胶质细胞的重要性是无可争辩的，但对它们进行建模和研究仍然是一项具有挑战性的任务。

与一些可以离体或在非人类模型中研究的人类细胞不同，人类小胶质细胞在从类似人脑的环境中移除后很难研究。

为了绕过这个障碍，索尔克的科学家们开发了一种类器官模型——一种模拟人体组织特征的三维细胞集合。 该模型允许研究人员首次在活的人源组织中研究小胶质细胞的发育和功能。

此外，科学家们检查了患有完全自闭症谱系障碍（婴儿的头围大于 97% 的其他婴儿的头围）的儿童的患者来源的小胶质细胞，以确定大脑环境是否影响更具反应性的小胶质细胞的生长。 .

结果发表于 细胞 2023 年 5 月 11 日，强调免疫细胞与大脑相互作用的重要性，提高对自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病等神经退行性和发育性疾病的理解。

“在大脑环境之外，小胶质细胞几乎失去了所有功能和意义，”Vi 和 John Alder 年龄相关神经退行性疾病研究主席的主要作者和持有人 Rusty Gage 教授说。

“我们知道，如果我们找到一种在类器官中复制人脑环境以研究人类小胶质细胞的方法，我们最终将拥有一种工具来检查健康和患病的大脑如何影响小胶质细胞，同样，健康和患病的小胶质细胞会影响大脑。”

细胞器大约在 10 年前出现，并已成为弥合细胞研究和人类研究之间差距的无处不在的工具。 与其他实验室系统相比，类器官可以更好地模拟人类生长和器官发生，使研究人员能够在更真实的环境中研究药物或疾病如何影响人体细胞。

脑类器官通常在培养皿中生长，但由于缺乏血管生成、存活时间短以及无法维持多种细胞类型（如小胶质细胞），类器官在结构和功能上受到限制。

共同第一作者 Abed Mansour 说，他曾是盖奇实验室的博士后研究员，现在是耶路撒冷希伯来大学的助理教授。

“所以我们最终可以制造出具有调节人类小胶质细胞生长、行为和功能所需的所有特征的人脑类器官。”

与之前的模型相比，研究人员创造了含有小胶质细胞的人脑类器官 和 一个类似人脑的环境，这最终使他们能够在大脑发育过程中观察环境对小胶质细胞的影响。

他们发现一种名为 SALL1 的独特蛋白质早在发育的 11 周就出现了，用于确认小胶质细胞的身份并促进成熟功能。 此外，他们发现大脑环境特有的因素，如蛋白质 TMEM119 和 P2RY12，是小胶质细胞发挥功能所必需的。

“创建一个可以有效复制人脑环境的人脑模型非常令人兴奋，”该研究的另一位作者 Axel Nemerjan 副教授说。

“有了这个模型，我们终于可以研究人类小胶质细胞如何在人脑环境中发挥作用。”

随着团队对小胶质细胞的了解越来越多，大脑环境与小胶质细胞之间关系的重要性变得显而易见——尤其是在疾病情况下。

该实验室之前曾检查过自闭症谱系障碍患者的神经元，发现他们的神经元比对应的神经元生长得更快，分支也更复杂。

有了新的类器官模型，该团队可以询问这些神经元差异是否改变了大脑的环境并影响了小胶质细胞的生长。

为此，他们比较了来自三名巨头畸形自闭症谱系障碍患者和三名患有巨头畸形神经症患者皮肤样本的小胶质细胞。

研究人员发现，患有自闭症谱系障碍的个体表现出团队之前观察到的神经差异，并且小胶质细胞在其发育环境中受到这些差异的影响。

由于这种依赖于神经元的环境变化，小胶质细胞对损伤或入侵者的反应变得更加活跃——这一发现可以解释在一些自闭症谱系障碍患者中观察到的脑部炎症。

由于这是一项样本量较小的初步研究，该团队计划在未来检查更多来自其他人的小胶质细胞以验证他们的发现。 他们还打算将他们的研究扩展到其他发育和神经退行性疾病，以了解小胶质细胞如何导致疾病发作。

“我们决定自己构建大脑，而不是拆卸大脑，”共同第一作者 Simon Schaefer 说，他曾是 Gage 实验室的博士后研究员，现在是慕尼黑工业大学的助理教授。

“通过建立我们自己的心智模型，我们可以自下而上地工作，并找到自上而下无法看到的解决方案。我们渴望继续改进我们的模型并揭示大脑与免疫系统之间的关系。 ”

其他作者包括索尔克研究所的 Monique Pena、Saeed Kasemzadeh、Lisa Mitchell、Amanda Marr、Daphne Quang、Sarah Stumpf 和 Clara Pike。 Johannes CM Schlaczynski, Addison J. 拉娜和克里斯托弗 K. 加州大学圣地亚哥分校的玻璃； 慕尼黑工业大学的 Irene Santisteban； 和耶路撒冷希伯来大学的 Raghad Zaghal。

资金： 这项工作得到了美国国立卫生研究院（R01 AG056306、R01 AG057706、R01 AG056511、R01 AG061060、R01 NS108034、U19 NS123719、NCI CCSG：P30 014195、NCI CCSG：P30 014195）、美国心脏协会和 Paul G 的支持. . Allen Frontiers Group（拨款 19PABHI34610000）、大脑和行为研究基金会（27685 和 30421）、德国研究基金会（500300695）、银河研究基金会和 Annette C. Merle Smith 和 Robert and Mary Jane Engman 基金会、欧洲分子生物学组织 (ALTF 1214-2014)、人类前沿科学计划 (LT001074/2015)、欧洲研究委员会、查普曼基金会、JBP 基金会和赫尔姆斯利慈善信托基金。

关于这个神经科学研究新闻

作者： 萨利克电信
来源： 萨利克研究所
沟通： Salik 电信 – Salik 研究所
图片： 图片来自 Neuroscience News

原始搜索： 开放访问。
“研究小胶质细胞表型的体内神经器官模型由 Rusty Gage 等人撰写。 细胞

总结

研究小胶质细胞表型的体内神经器官模型

强调

• 植入氧气的脑器官，例如 体内 研究人类小胶质细胞 (hMG) 的平台
• hMGs 获得并假设人类特有的转录特征 体内喜欢身份
• hMGs 参与监测人脑的环境并对扰动做出反应
• 源自患者的模型揭示了自闭症中大脑环境诱导的免疫反应

概括

小胶质细胞是大脑中的巨噬细胞，在大脑发育、体内平衡和疾病中起着关键作用。 然而，迄今为止，模拟人脑环境和小胶质细胞之间相互作用的能力非常有限。

为了克服这些限制，我们开发了一个 体内 一种移植方法，使我们能够研究在生理相关的人脑类器官和血管生成 (iHBO) 模型中发挥作用的功能成熟的人类小胶质细胞 (hMG)。

我们的数据表明，细胞器驻留的 hMG 获得了高度相似的人类特异性转录特征 体内 同行。 体内 双光子成像显示 hMGs 积极参与监测人脑环境、对局部损伤做出反应以及对全身炎症信号作出反应。

最后，我们表明，这里开发的植入式 iHBO 提供了一个前所未有的机会来研究小胶质细胞在健康和疾病中的功能表型，并为患有巨头畸形的自闭症患者特定模型中大脑环境诱导的免疫反应提供实验证据。