人多能性干细胞ESCs/iPSCs在诱导脑类器官的应用（一）
| 过去，中枢神经系统（CNS）药物研究主要依赖于啮齿动物模型或细胞体外模型等传统方法。由于人类和啮齿类动物间的物种差异，所获得的数据难以真实地模拟神经发育和疾病机制等。随着干细胞技术的发展，培养人大脑类器官成为目前神经科学研究领域炙手可热的研究项目。大脑类器官是模拟人脑的生理特性的独特的工具，可用于研究正常脑与疾病脑的建模，用于阐明中枢神经系统疾病的发病机制，亦可用于神经发育疾病的探索，或用作中枢神经系统药物筛选的工具。 |
| 01 |脑类器官培养方法概述 |
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脑类器官通常从人多能性干细胞(ESCs/iPSCs)开始培养，自发形成脑发育早期所具备的结构和层次。但脑细胞团簇达到一定尺寸后，可发育的阶段会受到营养缺乏和氧供应的限制，继而神经元开始死亡，结构停止发育。 目前，大脑类器官的培养主要分为两种方法，引导分化法 (Guided)和非引导 (Un-guided)分化法。 ①非引导分化法依赖于细胞自身的形态发生和内在的分化能力，将外在干扰最小化，得到的类器官有前脑、中脑、后脑、视网膜和脉络丛等多种细胞谱系，该种方法的缺陷在于高可变性和异质性。 ②而引导分化法是加入一些外源性的模式因子，诱导hPSCs分化为想要的细胞谱系。 在类器官结构中，多能性干细胞(ESCs/iPSCs)诱导为拟胚体 (Embryoid Body, EB)，在外胚层形成后，引导分化为神经或非神经方向。引导分化法获得的类器官依赖分化过程中添加的生长因子，大多数是脑区特异性的，如皮层、海马、中脑、大脑等。引导分化法得到的类器官含有神经祖细胞、神经元、星形胶质细胞及其他的大脑细胞。由于是引导性分化，批次间的可变因素少，可以产生对应比例的特异性细胞类型。很多团队都在尝试用不同的方法来培养类器官，分别培养脑区特异的类器官后再将其共培养，类器官会自我融合形成含有不同脑区的类器官，该模型可以用于研究脑区间的相互作用。 |
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| 02 |3D大脑类器官的制作方法 |
2013年，Lacaster和Knoblich等发表在Nature及Nature
protocol上的3D大脑类器官的制作方法使得体外用人多能干细胞
(包括胚胎干细胞及诱导多能干细胞)诱导3D大脑类器官的技术前进了一大步，他们通过使用一种允许类器官获取能量和氧气的新方法克服了这一局限，使用一个微小的振动刀片将类器官切成半毫米切片，然后将它们放在覆盖富含营养的液体的多孔膜上。然后，类器官可同时从上方吸收氧气，从下方吸收营养物质，使其在培养物中继续发育一年。图1是该方法的概括。 |
| 03 |文献分享 |
| 以下介绍了2014年，Lancaster发表在Nature
Protocol上的“Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem
cells”一文中从人多能性干细胞(iPSCs/ESCs)诱导脑类器官的方法： |
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