一项发表在《自然》（Nature）杂志上的最新研究显示，哈佛大学的一个研究团队成功将人脑皮层类器官培养长达五年。这些类器官不仅存活下来，更重要的是，它们按照与人类相似的时间表，生成了多样化的神经元和胶质细胞，并获得了出生后大脑特有的转录和表观遗传学特征。
耶鲁大学神经科学与遗传学副教授In-Hyun Park（未参与此研究）指出，传统的类器官模型通常只能模拟围产期前后的脑部发育，并且普遍缺乏强健的电活动。这项新工作为研究出生后大脑发育阶段提供了重要的途径。
然而，研究团队也发现，这些长期培养的类器官在大约一年后开始出现神经元信号的衰退，并随着年龄增长持续恶化。研究负责人、哈佛大学干细胞与再生生物学教授Paola Arlotta表示：“是的，类器官正在成熟，一切看起来都很好，但神经元却在受损。”
为了解决这一问题，研究团队尝试修改了培养基。通过这种优化，他们成功培养出了一批新的类器官，这些类器官拥有更成熟的兴奋性神经元、更高的神经元复杂性以及增强的电活动。
加州大学圣地亚哥分校儿科学与细胞分子医学教授Alysson Muotri（未参与此研究）强调：“如果你想在类器官中实现更强的网络活动和更成熟的人类神经元，你就需要调整你的组织培养方法。”他认为这是一个“重要的信息”。
尽管这项研究证明了类器官确实可以进行长期培养，但Muotri也指出，等待五年才能使类器官成熟在实际应用中并不现实。他表示：“没有人会乐意将类器官培养那么长时间。”
Arlotta教授解释说：“在实验层面，我们对出生后早期大脑的发育了解甚少。”随着她和其他研究人员开始尝试更长时间地培养类器官，问题逐渐演变为这些类器官是否能在培养中长期存活，并恰当地模拟这些后期发育阶段的时间进程。“类器官是否有可能达到这些阶段？”她问道。
五年后，Arlotta教授得到了答案：体外培养的皮层类器官可以长期存活。研究表明，它们确实按照与人类相似的时间表进行老化，获得了与出生后大脑相似的DNA甲基化和转录谱。事实上，基于发育中的人类皮层组织样本建立的表观遗传时钟，能够可靠地预测类器官的年龄，这表明这些细胞在体外也能像体内细胞一样“计时”。
Arlotta教授欣慰地表示：“我们能够达到一些我们以前认为在培养系统中无法达到的发育和成熟里程碑。”Muotri教授也对此感到“欣慰”，他此前曾发现10个月大的类器官在体外培养中也能获得复杂的振荡活动特征。“他们基本上看到了我们展示的相同结果。”
然而，Muotri教授也提出了他的看法，他认为RNA表达并不总是能准确反映蛋白质表达。（Muotri是Tismoo公司的联合创始人并持有股权，该公司利用人脑类器官研究自闭症和其他神经系统疾病。）他指出：“我认为这里缺少的是：从转录层面深入到蛋白质的精确数量，以及每个细胞类型中蛋白质的数量，并将其作为衡量老化的标准。”
在另一组独立的实验中，研究人员将70天大的类器官从常规培养基转移到一种改良的商业BrainPhys培养基版本，即所谓的“活性允许培养基”。这种培养基是一种特殊的混合物，含有更少的葡萄糖，离子浓度更接近生理水平，并额外添加了一种能提高谷氨酰胺稳定性的分子。Arlotta教授解释说，这种培养基能够促进神经元同步化和更强健的神经活动。研究结果显示，在新培养基中培养一年后，类器官比在常规培养基中培养的类器官拥有更多的神经元、更丰富的树突分支和更成熟的突触，以及更强的电网络活动。即使在两年后，用这种改良培养基培养的类器官仍然显示出活跃的爆发活动。