瞥一眼實驗室培養(yǎng)皿中復雜的人腦細胞斑點，并試圖將其稱為“迷你腦”。這是腦器官，由干細胞制成的復雜3D組織的流行術語，正在徹底改變研究人員研究神經發(fā)育和從自閉癥到寨卡的情況。但是，今天發(fā)表的關于真實大腦和大腦類器官的細胞的最全面的遺傳比較揭示了它們之間的重要區(qū)別。

加利福尼亞大學舊金山分校的神經科學家Arnold Kriegstein和他的同事首先對妊娠6到22周時人類胎兒大腦不同部位的單個細胞中打開的基因進行了分類。然后，他們將這些基因表達模式與使用幾種先前發(fā)表的方法從腦器官形成的細胞的基因表達模式進行了比較。

當涉及到大范圍的腦細胞時，例如神經元和稱為膠質細胞的非神經元細胞，基因表達通常是匹配的。但是，當研究人員檢查了更精確的細胞亞型時，例如被稱為外放射狀神經膠質細胞的子集，這種比較開始破裂。類器官細胞不能可靠地成熟，無法表達將一種亞型與另一種亞型區(qū)分開的基因的特定組合。

對于使用類器官建模疾病的研究來說，這是一個潛在的局限性。許多此類研究將患有疾病的人的細胞“重編程”為可以形成類器官的干細胞?？死锔袼固拐f，但是神經系統(tǒng)疾病是高度特定于細胞類型的，如果您實驗室建立的模型不包含大腦中受影響的確切細胞類型，則很難得出關于該疾病的結論。

盡管類器官細胞一般不會成熟為精確的亞型，但它們確實以另一種方式變得專門化：它們具有與大腦不同區(qū)域相對應的遺傳特征。但是這些身份出乎意料地發(fā)生了。研究小組發(fā)現(xiàn)，您期望在大腦對側看到的簽名有時在類器官中彼此相鄰?？死锔袼固拐f，這可能會使某些疾病的研究復雜化，例如僅影響特定大腦區(qū)域的癡呆形式。

那么為什么類器官不能完美地復制大腦的細胞類型呢?克里格斯坦的研究小組認為，關鍵因素是在盤中而不是身體上生長的壓力。類器官細胞表達代謝應激的遺傳標記，但是當將這些細胞移植到小鼠大腦中時，該表達降低。研究小組在《自然》雜志上報告說，此外，這種遷移似乎有助于解決這些細胞的身份危機。它促使他們承擔人類大腦中更發(fā)達的細胞類型的遺傳特征。

醫(yī)學研究理事會分子生物學實驗室的發(fā)育遺傳學家馬德琳·蘭卡斯特說，這意味著可以通過調節(jié)用來在盤中進行營養(yǎng)的肉湯來使類器官變得更像大腦。她說，例如，研究人員經常在高濃度的葡萄糖中培養(yǎng)類器官，這相當于一個非常非常糖尿病的人。“你可以想象這對大腦的發(fā)育可能不是很好。”

耶魯大學的發(fā)育生物學家弗洛拉·瓦卡里諾(Flora Vaccarino)說，未來的研究也可能會減少實驗室條件下存在的異常高水平的氧氣。她說，使用孵化器來控制流向類器官細胞的氧氣量，這是一個相對容易調整的變量。