人体中最复杂的器官是大脑。由于其复杂性以及伦理原因，对其进行科学实验——例如研究帕金森病等神经退行性疾病——非常困难。然而，卢森堡大学卢森堡系统生物医学中心（LCSB）的科学家们成功地将源自皮肤样本的人类干细胞转化为与人类中脑细胞表现极为相似的微小三维脑样培养物。在培养皿中，不同的细胞类型发育、连接成网络，交换信号并产生典型的活性大脑代谢产物。LCSB 发展与细胞生物学研究组负责人 Jens Schwamborn 博士表示：“我们的细胞培养为大脑研究开辟了新的大门。我们现在可以用它来研究帕金森病的病因以及如何有效治疗。”该成果已发表在著名科学期刊《干细胞报告》上。

人类中脑是帕金森病研究人员特别感兴趣的区域：它包含医学上称为黑质的组织结构，其中神经细胞——特别是多巴胺能神经元——产生信使多巴胺。人类需要多巴胺来维持平稳的身体运动。当多巴胺能神经元死亡时，患者会出现震颤和肌肉僵硬，这是帕金森病的典型症状。由于伦理原因，研究人员无法直接从黑质细胞中提取样本进行研究。因此，全球多个研究小组正在致力于在培养皿中培养中脑的三维结构，而由干细胞研究员 Jens Schwamborn 领导的 LCSB 团队便是其中之一。

LCSB 科学家研究的是所谓的诱导性多能干细胞（iPSCs），这些干细胞不能发育成完整的生物体，但可以转化为人体所有细胞类型。将干细胞转化为脑细胞所需的程序由 Anna Monzel 开发，作为她在 Schwamborn 研究小组博士论文的一部分。Monzel 描述道：“我必须为干细胞开发一种特殊的、精确定义的生长因子混合物和特定的处理方法，使它们朝着所需的方向分化。”她借鉴了 Schwamborn 团队前几年积累的广泛准备工作。在培养皿中，多能干细胞增殖并扩展成三维支持结构，产生组织样的细胞培养物。

“我们随后对这些人工组织样本的检查显示，中脑特征的各种细胞类型已经发育，”Jens Schwamborn 说。“这些细胞可以传输和处理信号，我们甚至检测到了多巴胺能细胞，就像真实的中脑一样。”这一事实使 LCSB 科学家的研究比全球其他帕金森病研究人员更为突出。Schwamborn 强调：“在我们的新细胞培养中，我们可以比以前更好地研究导致帕金森病的机制；我们可以测试环境因素（如污染物）对发病的影响，以及新活性物质是否能缓解帕金森病症状或从病因上解决问题。接下来我们将进行这类调查。”

脑组织培养的发展不仅为新的研究方法打开了大门，还有助于减少大脑研究中动物实验的数量。培养皿中的细胞培养物来源于人类，在某些方面比实验动物（如大鼠或小鼠）的大脑更接近人类大脑。因此，人类大脑的结构及其功能模式可以以不同于动物的方式进行建模。Jens Schwamborn 解释说：“我们的方法也带来了诱人的经济机会。组织培养的生产非常精细，在我们分拆的 Braingineering Technologies Sarl 公司中，我们将为其他实验室或制药行业提供培养技术，用于研究。”