科学家计划用真正的脑细胞建造下一代超级计算机

科学家计划用真正的脑细胞建造下一代超级计算机研究人员正在用脑器官进行实验，它是脑细胞的三维培养物，模仿完全发育的器官的功能，作为生物计算硬件的处理中心。被称为"类器官智能"，参与该项目的实验室培养的脑细胞器官能够保留核心认知功能，如记忆和学习。该团队指出，硅基计算机擅长处理数字，但它们在学习方面不如人脑好。此外，大脑的能效大大提高，而且组成的神经元可以在有限的空间内同时存储数量极大的信息。小规模的开始，雄心勃勃的目标大脑生物体的放大图像杰西-普罗特金/约翰霍普金斯大学目前，每个类器官包含大约5万个脑细胞，但为了达到理想的计算能力水平，该团队的目标是培养出包含大约1000万个脑细胞的类器官。同时，研究小组还在研究与这些器官体进行有效沟通的途径系统，以转达信息并了解这些细胞集群的想法。托马斯-哈通教授解释说："这是一个灵活的外壳，上面密布着微小的电极，既能接收来自类器官的信号，又能向其传递信号。最终目标是开发刺激和记录工具，以控制有机体网络之间的互动。"就进展而言，该团队已经证明，一个扁平的脑细胞培养物能够学习和玩乒乓球游戏。整个"类器官智能"的概念仍处于起步阶段，但从事这项工作的团队相信，在不久的将来，生物计算将彻底改变神经疾病的药物测试研究等领域。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347051.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347051.htm

科学家发现小胶质细胞在大脑发育过程中的关键功能

科学家发现小胶质细胞在大脑发育过程中的关键功能研究人员通过研究实验室培育的脑器官组织，发现了小胶质细胞在大脑发育过程中的重要作用。这项研究的重点是小胶质细胞对胆固醇的调节，它为大脑生长和治疗神经系统疾病的潜在方法提供了新的视角。(实验室培育的微型脑器官模型的艺术家概念图）。这项研究标志着人类脑器官组织的发展实现了重大飞跃，并有可能极大地影响我们对大脑发育和疾病的理解。这项题为"iPS细胞衍生的小胶质细胞通过胆固醇转移促进大脑类器官成熟"的研究于2023年11月1日发表在《自然》（Nature）杂志上。类器官研究的突破为了研究小胶质细胞在人类早期大脑发育中的关键作用，弗洛伦特-金豪斯（FlorentGinhoux）教授领导的A*STAR新加坡免疫学网络（SIgN）的科学家们利用尖端技术，在实验室中创造了被称为类器官（organoids）的类脑结构，也被称为"迷你大脑"。这些大脑有机体与人类大脑的发育非常相似。然而，以前的模型缺乏小胶质细胞，而小胶质细胞是大脑早期发育的关键组成部分。标有线粒体（黄色）、细胞核（品红色）和肌动蛋白丝（青色）的人类干细胞衍生小胶质细胞的超分辨率图像。这些小胶质细胞有助于人脑类器官模型中神经元的成熟。资料来源：A*STAR的SIgN为了弥补这一差距，A*STAR的研究人员设计了一种独特的方案，引入由用于创建脑器官模型的相同人类干细胞生成的小胶质细胞。这些引入的细胞不仅表现得像真正的小胶质细胞，而且还影响了有机体内其他脑细胞的发育。蛋白质组分析和胆固醇的作用A*STAR分子与细胞生物学研究所（IMCB）的拉多斯瓦夫-索博塔（RadoslawSobota）博士和他在新加坡质谱国家实验室（SingMassNationalLaboratoryforMassSpectrometry）的团队采用最先进的定量蛋白质组学方法来揭示蛋白质的变化。他们的分析为了解有机体的蛋白质组成提供了重要依据，进一步证实了研究结果。这项研究的与众不同之处在于发现了小胶质细胞与其他脑细胞相互作用的独特途径。研究发现，小胶质细胞在调节大脑中胆固醇水平方面起着至关重要的作用。研究发现，小胶质细胞样细胞含有含有胆固醇的脂滴，这些脂滴被释放出来，并被器官组织中其他发育中的脑细胞吸收。这种胆固醇交换被证明能显著促进这些脑细胞，尤其是其祖细胞的生长和发育。胆固醇在大脑中含量丰富，约占人体总胆固醇含量的25%。胆固醇对神经元的结构和功能至关重要。胆固醇代谢异常与多种神经系统疾病有关，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症。为了研究脂质在大脑发育和疾病中的作用，马库斯-温克（MarkusWenk）教授领导的新加坡国立大学医学院（NUSMedicine）生物化学系的研究人员承担了数据采集的重要任务，特别是在脂质组学领域，以便对含有小胶质细胞的大脑有机体内的脂质组成和动态有宝贵的见解。洞察脑细胞的生长和发育利用这些信息，由VeroniqueAngeli副教授领导的新加坡国立大学医学部微生物学与免疫学系的另一个研究小组发现，胆固醇会影响人脑模型中年轻脑细胞的生长和发育。小胶质细胞使用一种特殊的蛋白质来释放胆固醇，当这一过程被阻断时，就会导致类器官细胞生长得更多，从而形成更大的大脑模型。"人们一直都知道小胶质细胞是大脑发育的关键，但对它们的确切作用仍然知之甚少。我们微生物学和免疫学系团队的这一发现尤其具有影响力，因为我们终于了解了胆固醇是如何运输的。"新加坡国立大学医学部免疫学转化研究项目主任Veronique副教授补充说："我们下一步的重点将是研究如何调节胆固醇的释放，以优化大脑发育，减缓或预防神经系统疾病的发生。"分子相互作用的全面分析萨里大学的奥利维尔-塞克斯（OlivierCexus）博士曾就职于A*STAR，他利用蛋白质组和脂质组分析，逐步破解了大脑有机体内复杂的分子相互作用。这为我们深入了解大脑发育过程中的新陈代谢相互关系以及对疾病的潜在影响提供了宝贵的资料。这些共同努力有助于加深我们对小胶质细胞的作用、脑器官内的分子成分及其对人类健康的影响的理解。结论和未来影响研究的主要作者、A*STARSIgN高级首席研究员FlorentGinhoux教授说："了解小胶质细胞在大脑发育和功能中的复杂作用是一个活跃的研究领域。我们的研究结果不仅促进了我们对人类大脑发育的了解，还有可能影响我们对大脑疾病的认识。这为未来研究神经发育疾病和潜在疗法开辟了新的可能性"。这项研究的合著者、KK妇女儿童医院生殖医学部高级顾问、国家医学研究委员会高级临床科学家杰瑞-陈（JerryChan）教授补充说："目前缺乏研究小胶质细胞如何与发育中的大脑相互作用的工具。这阻碍了人们对小胶质细胞相关疾病的了解，而这些疾病在自闭症、精神分裂症以及阿尔茨海默病和帕金森病等神经退行性疾病的早期发展过程中发挥着重要作用。利用同源多能干细胞培育出这些新型小胶质细胞相关脑器官组织，使我们有机会研究小胶质细胞和神经元在大脑早期发育过程中的复杂相互作用。因此，这可能使我们能够研究小胶质细胞在疾病环境中的作用，并提出及时开发新疗法的方法"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1398213.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1398213.htm

科学家发现电击脑细胞诱导肿瘤死亡的一个甜蜜点

科学家发现电击脑细胞诱导肿瘤死亡的一个甜蜜点(从左至右上)。USask研究人员MikeMoser博士（医学博士，医学院）和ChrisZhang博士（工程学院），（下图从左至右）：博士后FangZheng博士和校友ZhangBing博士（博士）。这项工作是由萨斯喀彻温大学的研究人员进行的，并期待利用用于通过电流治疗身体其他部位癌症的技术。其中一种被称为NanoKnife不可逆电穿孔（IRE）的技术，自2009年以来已投入商业使用，主要用于治疗肺部、前列腺、胰腺和其他难以触及位置的软组织肿瘤。另一种是高频不可逆电穿孔（H-FIRE），也在实验室模型中显示出前景。这两种方法都是通过插入肿瘤的电极，使用极短的电脉冲破坏细胞膜的稳定性，从而引发目标细胞的死亡。在应对脑癌方面，这可能意味着通过头骨插入长针，对肿瘤进行定向治疗。该研究的共同作者迈克-莫泽博士说："一种更安全、更有效的癌症治疗方法可能在临床上成为可能。脑瘤患者现在可能有另一种局部治疗的选择，不涉及打开颅骨，也不涉及热或辐射。"这样的治疗方法仍有相当长的路要走，但莫泽和他的团队已经采取了一些有希望的早期步骤。该研究涉及三种类型的脑细胞：一种脑癌细胞系和两种来自血脑屏障的健康细胞系，血脑屏障是保护大脑免受血液中有害病原体侵袭的几乎不可渗透的膜，只允许小分子通过。该团队用不同强度的电场进行实验，并在此后评估不同细胞的生存能力。这表明，脑癌细胞的致死阈值明显低于健康细胞，这预示着有选择地针对它们来治疗肿瘤。但科学家们还发现该技术可用于暂时破坏血脑屏障细胞，并为药物输送打开屏障。这可能会给脑癌的药物治疗带来一些有用的途径，血脑屏障在历史上被证明是一个难以克服的障碍。我们之前已经看到科学家们成功地使用超声波来破坏屏障，使化疗药物能够通过，而特殊的纳米粒子也可能发挥作用。虽然只是在实验室中对细胞进行了演示，但这项新的研究有朝一日可以看到科学家的工具包中增加了另一种方法。该研究的共同作者克里斯·张博士说："血脑屏障使许多治疗药物无法进入肿瘤。我们的研究已经表明，新的技术也可以帮助打开这个屏障，因此大脑能够更好地接受其他治疗--如化疗或帮助增加免疫反应的药物--并帮助病人以系统的方式对抗肿瘤。"该研究发表在《生物力学工程杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1333825.htm

研究：科学家发现脑细胞的不规则产生可能会导致自闭症

研究：科学家发现脑细胞的不规则产生可能会导致自闭症罗格斯大学的研究人员通过研究自闭症谱系障碍(ASD)患者的脑干细胞发现了非常早期的大脑发育异常的证据，而这可能是导致神经精神状况的原因。该结果证实了科学家们长期以来一直持有的一个理论。ASD在胎儿发育的早期就开始了，当时脑干细胞正在分裂，从而创造出一个功能性大脑的关键元素。资料图罗格斯大学(RutgersUniversity)的研究人员研究了ASD患者的脑干细胞--也被称为神经前体细胞(NPC)，另外还在《StemCellReports》上发表了他们的发现。他们发现永久性脑细胞的数量被NPC过度生产或生产不足。据悉，NPC负责制造三种主要类型的脑细胞：神经元、少突胶质细胞和星形胶质细胞。“我们从所有样本中研究的NPCs显示出异常增殖，要么‘太少’，要么‘太多’，这表明对脑细胞增殖的控制不佳是ASD致病的一个重要基础，”罗格斯大学罗伯特-伍德-约翰逊医学院的神经科学和细胞生物学及儿科教授、该论文作者EmanuelDicicco-Bloom说道，“这项研究在细胞水平上表明，增殖的改变确实是该疾病的一个可能机制，并支持从以前的研究中得到的影响。”该研究专注于五个自闭症患者的干细胞活动，其中包括那些没有已知遗传原因的特发性自闭症患者及其他具有遗传定义的16p11.2缺失的人。那些患有巨头症的人，其NPC产生了过多的脑细胞。其余两名没有巨头症的患者，他们的NPC产生的脑细胞则太少。ASD是一种神经发育障碍，其特点是社会交往和沟通困难并存在重复和限制性行为。大多数ASD病例是特发性的。约15%到20%的ASD病例是由特定的基因突变引起的。NPC是在产前形成的，时间从第一胎的末尾延伸到第二胎，约是人类胎儿40周妊娠期的第8到24周。DiCicco-Bloom表示：“我们实际上已经测量了人类神经前体的增殖并大大推进了我们的理解。将来，一旦我们复制了这些研究并进行了扩展，我们也可能将这些知识作为生物标志物，而这可能是何时引入治疗的信号或确定用药物瞄准的信号通路。”...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1307039.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1307039.htm

科学家将人脑器官移植到成年大鼠体内 它们对视觉刺激有反应

科学家将人脑器官移植到成年大鼠体内它们对视觉刺激有反应移植了人脑器官的大鼠大脑的组织学图像几十年的研究表明，我们可以将单个人类和啮齿类动物的神经元移植到啮齿类动物的大脑中，而且最近，已经证明人类大脑器官可以与发育中的啮齿类动物大脑整合。然而，这些类器官移植是否能在功能上与受伤的成年大脑的视觉系统整合，还有待探索。资深作者、宾夕法尼亚大学神经外科助理教授H.IsaacChen说："我们关注的不仅仅是移植单个细胞，而是实际移植组织。大脑器官有架构；它们有类似于大脑的结构。我们能够观察这个结构中的单个神经元，以更深入地了解移植的器官体的整合情况。"研究人员在实验室里将人类干细胞衍生的神经元培养了大约80天，然后将它们移植到视觉皮层受伤的成年老鼠的大脑中。在三个月内，移植的器官组织已经与宿主的大脑融为一体：血管化，大小和数量增长，发出神经元突起，并与宿主的神经元形成突触。研究小组利用荧光标记的病毒，沿着神经元之间的突触跳跃，检测并追踪类器官和宿主大鼠脑细胞之间的物理连接。Chen说："通过将这些病毒示踪剂之一注入动物的眼睛，我们能够追踪视网膜下游的神经元连接。示踪剂一直到达了类器官。"接下来，研究人员使用电极探针来测量当动物被暴露在闪烁的灯光和交替的白条和黑条下时，类器官内单个神经元的活动。"我们看到，类器官内的大量神经元对特定方向的光线有反应，这给我们提供了证据，表明这些类器官神经元不仅能够与视觉系统整合，而且能够采用视觉皮层的非常具体的功能。"该研究小组对有机体在短短三个月内能够整合的程度感到惊讶。"陈说："我们没有料到这么早看到这种程度的功能整合。已经有其他研究在研究单个细胞的移植，显示即使你将人类神经元移植到啮齿动物体内9或10个月后，它们仍然没有完全成熟。"Chen说："神经组织有可能重建受伤的大脑区域。我们还没有解决所有问题，但这是非常坚实的第一步。现在，我们想了解如何将有机体用于大脑皮层的其他区域，而不仅仅是视觉皮层，而且我们想了解指导有机体神经元如何与大脑整合的规则，以便我们能够更好地控制这一过程，使其更快地发生。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343623.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343623.htm

科学家将人类脑细胞植入大鼠体内并控制其行为

科学家将人类脑细胞植入大鼠体内并控制其行为斯坦福大学的研究人员将人类神经元移植到大鼠的大脑中，看到它们成熟为混合的大脑回路，然后用它们来影响啮齿动物的行为。这项工作标志着神经科学向前迈出了令人印象深刻的一步，并且可以看到大鼠大脑成为研究认知障碍的活实验室。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1328675.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1328675.htm