植入小鼠体内的迷你人脑对动物看到的光产生反应

植入小鼠体内的迷你人脑对动物看到的光产生反应由于它们是真实事物的更自然、更立体的代表，器官模型可以用来模拟发育、疾病和药物反应，比在盘子里使用细胞的平面培养物要精确得多。多年来，科学家们已经成功地培育出迷你版的大脑、心脏、肺、肝脏、肾脏、胃、眼睛、胰腺，甚至是血管和毛囊。去年10月，斯坦福大学的一个团队首次将人类大脑器官植入老鼠体内，并发现人类细胞与小鼠的神经元形成连接。在新的研究中，加利福尼亚大学（UC）圣地亚哥分校的科学家们在这项工作的基础上表明，植入小鼠体内的人脑器官能够对刺激作出反应。在这之前这一点很难实现，因为所涉及的大脑活动只持续几毫秒，现有技术很难捕捉到。因此，加州大学圣地亚哥分校的团队结合两种实验技术对脑细胞进行成像。首先，他们将一排透明的石墨烯电极放在移植的器官上。这些装置使研究小组能够记录发生在人类脑细胞和周围小鼠脑组织中的神经电活动。接下来，他们使用双光子显微镜对大脑进行成像，发现小鼠的血管已经长到了有机体中，为它们提供了氧气和营养物质。石墨烯电极使科学家能够测量人脑器官和周围小鼠脑组织的电活动植入三周后，研究人员进行了实验，他们在小鼠面前闪烁白光，并观察不同脑细胞的反应。结果显示，石墨烯电极显示出明显的电尖峰迹象，从视觉皮层传播。这表明人类有机体已经与周围的小鼠脑组织建立了突触连接。在11周的后续实验中，研究小组显示，这些植入物在功能上越来越多地与宿主结合。该研究的第一作者麦迪逊-威尔逊说："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，视觉刺激唤起了器官中的电生理反应，与周围皮层的反应相匹配"。在未来的工作中，该团队计划用这种技术来模拟神经系统疾病的发展，这最终可能有助于释放新的潜在治疗方法。该研究发表在《自然通讯》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337283.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337283.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

UCLA研究人员开发的植入式"海绵"正在小鼠研究中抵御癌症

UCLA研究人员开发的植入式"海绵"正在小鼠研究中抵御癌症免疫系统是抵御病原体和疾病的强大前线，但一类被称为调节性T细胞（Tregs）的免疫细胞的工作是确保它不会错误地攻击身体的健康细胞。不幸的是，癌症的邪恶伎俩之一是劫持这一过程，并利用它来保护自己免受免疫系统的伤害。这使得Tregs成为令人感兴趣的治疗目标，在以前的研究中，科学家们已经找到了将Tregs重新编程为杀死癌症的免疫细胞的方法。然而，虽然降低Treg水平有助于使癌症变得更加脆弱，但如果在整个系统内进行，就有可能引发自身免疫并发症。因此，在新的工作中，加州大学洛杉矶分校的团队开发了一种新方法，只在紧邻肿瘤的区域清除Tregs。最终的结果是一个他们称之为SymphNode的装置，这可以被看成是一种可生物降解的海绵，大小与铅笔末端的橡皮擦差不多。由一种叫做海藻酸盐的水凝胶状材料构成，并装载有药物，不仅可以阻断Tregs，还可以召唤其他抗癌T细胞。当SymphNode被植入肿瘤旁边时，它就开始工作，释放其药物载荷。召唤T细胞帮助抗击肿瘤的SymphNode示意图NeginMajedi/SymphonyBiosciences该团队在患有乳腺癌和黑色素瘤的小鼠身上测试了该系统，取得了全面且令人印象深刻的结果。SymphNode在80%的乳腺癌患者中缩小了肿瘤，并在100%的病例中防止了转移。该设备甚至阻止了身体其他部位第二个肿瘤的生长。与此同时，未经治疗的对照组小鼠在几周内全部死亡，因为它们的癌症扩散到大脑和淋巴结。患有黑色素瘤的小鼠的情况甚至更好--100%接受治疗的小鼠的肿瘤缩小了，其中超过40%的小鼠的肿瘤下降到无法检测的水平。无论它们患的是哪种类型的癌症，接受治疗的小鼠的寿命也明显延长，是未接受治疗的小鼠寿命的两倍。最后的测试是在治疗100天后进行的，当时研究小组向已获得SymphNode并在乳腺癌中存活的小鼠注射了第二个肿瘤。这些新的癌症未能生长，表明小鼠的免疫系统仍然保留着对它们的记忆，并能成功地将其击退。这项研究为一种新的潜在治疗方法带来了希望，这种治疗方法不仅可以治疗顽固的癌症，还可以防止它们在以后的道路上复发。动物研究的通常注意事项是适用的，但该团队已经在通过一家名为SymphonyBiosciences的衍生公司致力于将该技术商业化。该研究发表在《自然-生物医学工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1338307.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1338307.htm

研究人员首次让凝胶在生物体内触发了电极的产生

研究人员首次让凝胶在生物体内触发了电极的产生在隆德大学进行的实验中，一种含有酶的凝胶作为"组装分子"被注入斑马鱼和水蛭。由此，科学家们观察到，在斑马鱼的大脑、心脏和尾鳍以及水蛭的神经组织周围形成了电极。这些动物既没有受到凝胶的伤害，也没有受到电极的不利影响。"通过对化学成分的巧妙改变，我们能够开发出被脑组织和免疫系统接受的电极。斑马鱼是研究大脑中有机电极的极佳模型，"隆德大学医学院教授RogerOlsson解释说。一般来说，需要植入物体来启动体内的电路。毫不奇怪，该团队花了几年时间来开发这种凝胶，它需要正确的结构和成分才能在动物细胞中取得成功。"与身体物质的接触改变了凝胶的结构，使其具有导电性，而在注射前它并不具有导电性。"林雪平大学有机电子学实验室（LOE）的博士研究员XenofonStrakosas说："根据不同的组织，我们还可以调整凝胶的成分，以使电气过程进行。"虽然这一切现在听起来像科幻小说，但研究人员相信，从长远来看，这条研究道路将在人体中看到完全的集成电路--这可能会改变神经系统治疗的面貌。该团队承认有"一系列的问题需要解决"，但这项研究为生物电子学提供了一个新的视角。"几十年来，我们一直试图创造出模仿生物学的电子产品，"LOE的教授MagnusBerggren说。"现在，我们让生物学为我们创造电子器件"。这项研究发表在《科学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1346211.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1346211.htm

"类器官智能" - 由人类脑细胞驱动的革命性生物计算机

"类器官智能"-由人类脑细胞驱动的革命性生物计算机人工智能（AI）长期以来一直受到人脑的启发。这种方法被证明是非常成功的。人工智能拥有令人印象深刻的成就--从诊断医疗状况到创作诗歌。尽管如此，原始模型仍然在许多方面优于机器。这就是为什么，例如，我们可以通过网上琐碎的图像测试"证明我们的人性"。如果我们不试图让人工智能更像大脑，而是直接从源头开始呢？跨越多个学科的科学家们正在努力创造革命性的生物计算机，其中脑细胞的三维培养物，称为脑器官，作为生物硬件。他们在《科学前沿》（FrontiersinScience）杂志上描述了他们实现这一愿景的路线图。实验室培养的大脑类器官的放大图像，带有不同类型细胞的荧光标记。(粉红色-神经元；红色-少突胶质细胞；绿色-星形胶质细胞；蓝色-所有细胞核）。资料来源：托马斯-哈通，约翰霍普金斯大学"我们把这个新的跨学科领域称为'类器官智能'（OI），"约翰霍普金斯大学的托马斯-哈同教授说。"一个由顶级科学家组成的团体已经聚集起来开发这项技术，我们相信它将开启一个快速、强大和高效的生物计算新时代。"什么是脑器官，为什么它们会成为强大的计算机？脑器官是一种实验室培养的细胞文化。尽管脑器官不是"迷你大脑"，但它们共享大脑功能和结构的关键方面，如神经元和其他脑细胞，它们对学习和记忆等认知功能至关重要。此外，大多数细胞培养物是平坦的，而类器官有一个三维结构。这使培养物的细胞密度增加了1000倍，意味着神经元可以形成更多的连接。但是，即使大脑器官是对大脑的良好模仿，为什么它们会成为好的计算机？毕竟，计算机不是比大脑更聪明和更快吗？类器官智能。生物计算的新领域信息图。资料来源：Frontiers/约翰霍普金斯大学哈同解释说："虽然硅基计算机在数字方面当然更好，但大脑在学习方面更好。例如，AlphaGo[在2017年击败世界头号围棋选手的人工智能]是根据16万场比赛的数据训练的。一个人必须每天下5个小时，超过175年才能经历这些游戏。"大脑不仅是卓越的学习者，它们也更节能。例如，训练AlphaGo所花费的能量比维持一个活跃的成年人十年所需的能量还要多。"大脑还具有惊人的存储信息的能力，估计有2500TB，我们正在达到硅计算机的物理极限，因为我们无法将更多的晶体管装入一个小小的芯片。但是大脑的接线方式完全不同。它有大约1000亿个神经元，通过超过1015个连接点连接。与我们目前的技术相比，这是一个巨大的功率差异。"类器官智能生物计算的新领域信息图类器官智能生物计算机会是什么样子？根据哈通的说法，目前的大脑有机体需要扩大规模以实现有机体智能。"他们太小了，每个都包含大约5万个细胞。他解释说："对于有机智能，我们需要将这个数字增加到1000万。同时，作者们还在开发与有机体沟通的技术：换句话说，向它们发送信息并读出它们的"想法"。作者计划从不同的科学学科中调整工具，如生物工程和机器学习，以及设计新的刺激和记录设备。类器官智能需要不同的技术来与大脑类器官沟通信息图。资料来源：Frontiers/约翰霍普金斯大学"我们开发了一种脑机接口设备，这是一种用于有机体的脑电图帽，我们在去年8月发表的一篇文章中介绍了它。它有着一个灵活的外壳，上面密布着微小的电极，既能接收来自类器官的信号，又能向它传输信号，"哈同说。作者设想，最终，OI将整合广泛的刺激和记录工具。这些将协调相互连接的类器官网络之间的互动，实现更复杂的计算。有机体智能可以帮助预防和治疗神经系统疾病有机体智能的前景超越了计算，进入了医学领域。由于诺贝尔奖获得者约翰-格登和山中伸弥开发的一项突破性技术，大脑有机体可以从成人组织中产生。这意味着科学家们可以从患有神经疾病（如阿尔茨海默病）的病人的皮肤样本中开发出个性化的脑器官。然后他们可以进行多种测试，研究遗传因素、药物和毒素如何影响这些病症。类器官智能将推动医学研究和创新信息图"通过有机体智能，我们也可以研究神经系统疾病的认知方面，"哈同说。"例如，我们可以比较来自健康人和阿尔茨海默氏症患者的器官中的记忆形成，并尝试修复相对的缺陷。我们还可以使用有机体来测试某些物质，如杀虫剂，是否会导致记忆或学习问题。"考虑到伦理因素创造能够学习、记忆和与环境互动的人脑器官，会引发复杂的伦理问题。例如，他们能否发展出意识，即使是最基本的形式？他们能不能体验到疼痛或痛苦？人们对由其细胞制成的脑器官有什么权利？"嵌入式伦理学"将确保负责任地开发类器官智能信息图。资料来源：Frontiers/约翰霍普金斯大学作者敏锐地意识到了这些问题："我们愿景的一个关键部分是以道德和社会责任的方式开发有机体智能，为此，我们从一开始就与伦理学家合作，建立一个'嵌入式伦理'方法。随着研究的发展，所有的伦理问题都将由科学家、伦理学家和公众组成的团队持续评估。"我们离第一个有机体智能还有多远？尽管有机体智能仍处于起步阶段，该文章的共同作者之一--皮质实验室的布雷特-卡根博士最近发表的一项研究提供了概念的证明。他的团队表明，一个正常的、扁平的脑细胞培养物可以学习玩视频游戏Pong。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347995.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347995.htm

研究人员在实验室中培育出了与真实睾丸非常相似的器官组织

研究人员在实验室中培育出了与真实睾丸非常相似的器官组织器官组织是实验室培育的三维微型器官，主要来源于干细胞，它开辟了模拟器官模型的新途径，包括研究疾病状态和测试治疗药物。在过去十年中，我们已经看到了微型大脑、心脏、肺、胃和结肠，它们的复杂性和功能都在不断提高。不过，目前还没有模拟睾丸的类器官。以色列巴伊兰大学（Bar-IlanUniversity）的研究人员改变了这一现状，他们从新生小鼠细胞中培育出了睾丸（这是单个睾丸的意思）器官组织，并生成了与真实睾丸相似的结构。该研究的通讯作者尼赞-戈宁（NitzanGonen）说："人工睾丸是一种很有前景的睾丸发育和功能基础研究模型，它可以转化为治疗性发育障碍和不育症的应用。"睾丸发育功能障碍可导致性发育障碍（DSDs），如今通常被称为双性人，这是一组涉及基因、激素和生殖器官（包括生殖器）的罕见疾病。发育障碍还可能导致男性不育，而人们对其背后的遗传和环境机制知之甚少。研究人员从新生小鼠睾丸而非胚胎睾丸入手。与新生睾丸相比，胚胎睾丸的可用睾丸细胞更少。研究中使用的小鼠经过基因工程改造，研究人员可以跟踪Sertoli细胞的存在和状态，Sertoli细胞对睾丸的形成、精子的产生和发育（精子形成）至关重要。研究人员从四至七天大的小鼠身上采集了整个睾丸；将未成熟的睾丸细胞离解成单细胞，并在含有睾丸中正常存在的因子的培养基上重新组合。研究人员使用3D培养系统来支持更好的睾丸类器官形成和维护。到了第二天，细胞已经形成了清晰的器官样组织，并在九周的时间里继续增大，直至崩溃。睾丸由两个主要部分组成：睾丸索（后来成为产生精子的曲细精管）和间质区（曲细精管的机械支撑区和睾酮产生区）。两者都含有特定类型的细胞。21天后，器官组织包含了所有主要的睾丸细胞类型，包括Sertoli细胞，其组织方式与真正的睾丸非常相似。Sertoli细胞形成了许多类似于精曲小管的管状结构。胚胎细胞培育出的有机体图像，显示第14天时管状结构的形成尽管使用从新生小鼠身上采集的新生细胞制造睾丸器官组织相对方便，但研究人员还是尝试使用胚胎细胞，因为胚胎细胞需要从怀孕的雌性小鼠身上采集。他们的想法是这样的：新生儿细胞的用途有限，因为许多与睾丸发育和功能障碍有关的疾病都发生在胚胎阶段。利用同样的技术，他们成功地从胚胎小鼠细胞中培育出了睾丸器官组织，其管状结构比新生儿细胞培育的器官组织更加清晰。当研究人员尝试使用成年睾丸细胞时，却无法形成类器官。虽然睾丸器官组织未能产生精子，但有迹象表明这是有可能的。精子形成是一个漫长的过程，精子干细胞经过减数分裂（细胞分裂）形成精母细胞，再发育成成熟的精子。研究人员发现，器官组织中减数分裂标记的低水平表达似乎与时间有关，主要是在第21天到42天之间，这可能表明在器官组织培养的后期阶段存在少量完全成熟的精子。器官组织与真实的睾丸非常相似，这意味着它们可以用来促进我们对性别决定机制的了解，并为男性不育症提供解决方案。今后，研究人员计划利用人体样本生产类器官。例如，用人体细胞制造的睾丸类器官可以帮助正在接受癌症治疗的儿童，因为癌症会损害他们产生功能性精子的能力。他们设想收获未成熟的精子细胞，然后将其冷冻起来，用于制造可育精子的类器官。这项研究发表在《国际生物科学杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1419419.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1419419.htm