在新模型中,人体组织显着扩张并占据了大部分空的皮质空间。研究人员发现,人类神经元与小鼠神经系统进行通信,产生协调的活动并将神经纤维延伸至脊髓。该组织还发育出了几种特殊类型的人类皮质细胞,这些细胞在传统实验室培养物中很难观察到。
更真实的环境
CSIR细胞与分子生物学中心(CCMB)高级科学家Ishwarya Venkatesh博士表示,重大突破不仅仅是将人类细胞植入动物体内,而是让它们能够更大规模地生长并与现有的神经系统相互作用。
“培养皿中的人类细胞无法让我们了解它们在集成系统中的行为方式,”他说。他说,新模型使得了解人类神经元如何接收来自宿主大脑的信号、产生活动并与神经系统的其他部分进行通信成为可能。
该研究还发现了少数具有通常与大脑哺乳动物相关的分子特征的神经元。然而,伊什瓦里亚博士警告不要从这一发现中得出广泛的结论,因为人口规模相对较小。
这项工作建立在先前将人类皮质细胞器移植到新生大鼠体内的研究的基础上。这些研究表明,人类神经元可以成熟并与宿主动物的感觉回路连接。最近的工作试图通过在移植前创建一个大的皮质腔来克服空间有限和来自宿主大脑的竞争的挑战。
不像人类老鼠
改变人类脑细胞行为的可能性不可避免地提出了一个挑衅性的问题:这些动物能否发展出类似人类的认知或意识?
专家表示,没有证据支持这样的结论。海得拉巴大学认知科学家 Ramesh Kumar Mishra 教授表示,这项研究主要应被视为一项技术进步。
他说:“人类神经元的存在并不意味着小鼠已经获得了人类思维。”他强调,科学家们仍然对哪些细胞或电路产生大脑没有清楚的了解。
研究中的行为实验也没有表明动物变得更聪明。研究人员发现了广泛保守的运动以及手部协调和自发行为的一些选择性差异。
米什拉教授表示,因此,现在就小鼠大脑中存在人类神经元做出结论还为时过早。
“问题不仅在于人类细胞是否存在,还在于它们形成了什么样的网络以及这些网络具有什么功能后果,”他说。
阿波罗医院的高级神经科医生 Sudhir Kumar 博士表示:“获取人类脑组织仍然是神经科学领域最大的挑战之一。研究人员可以成长。” [human brain tissue] 在实验室容器中,但此类系统无法完全重现活体大脑的环境。新模型最终可以让科学家了解人类神经元在健康神经系统中的行为方式,并研究无法直接在活人大脑中研究的疾病。”
不过,他强调,这项研究并没有表明可以治愈自闭症、癫痫和其他神经系统疾病。他说,这项研究还处于非常早期的阶段,并补充说,将此类研究转化为治疗可能需要 10 到 20 年的时间。
斯坦福大学团队已经展示了一种可能的应用。当动物受到低氧损伤时,人体移植物表现出与缺氧损伤相关的分子反应,并且该模型提供了行为读数。作者说,此类实验最终可以帮助研究人员研究神经发育障碍并测试潜在的治疗方法。
库马尔博士警告说,在细胞或成像水平上看到的变化不能自动被视为临床成功。对于患者来说,改善大脑图像还不够。他说,功能必须得到改善,并指出,例如治疗癫痫,最终需要缩小大脑特定区域的大小,而不仅仅是改变它。
道德从哪里开始?
动物大脑中融入的人体组织越多,伦理问题就越复杂。
伊斯瓦里亚博士表示,目前的模型没有跨越明确的伦理界限,因为宿主本质上是小鼠,而人体组织尚未发育成熟。但是,他说,随着这种联系变得更加成熟和复杂,道德辩论将变得更加重要。
如果未来的实验涉及更广泛的人类神经活动、显着改变认知或涉及进化上更接近人类的物种,这些问题可能会变得特别困难。
库马尔博士采取了更加谨慎的态度。他说,科学家应该考虑如何修改动物的大脑是否存在限制,特别是如果未来的模型显示出显着的行为或认知变化。
米什拉同样认为,科学界不应该在没有证据的情况下思考人类意识,但同时应该在推进技术之前开始讨论道德界限。
印度能做到吗?
CCMB 科学家表示,印度科学家已经在研究人类多能干细胞、类器官、单细胞测序和先进成像技术。复制如此规模的研究的主要挑战将是可持续的资金、专用基础设施和长期的多学科合作。
米什拉教授表示,印度拥有才华横溢的研究人员,但在现代神经科学的规模和可用资源方面仍然落后于领先国家。
因此,该技术不太可能立即产生医学突破。但它可以为研究人员提供他们长期以来缺乏的东西:一种观察人类神经元在活神经系统内发育和功能的方法。科学家们现在强调,小鼠仍然是实验模型,而不是人类的迷你大脑。