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                  復旦團隊復活冰封18個月的人腦,三體要成真了?

                  發布時間: 2024-05-29  點擊次數: 40次

                  隨著類器官技術的進步,腦類器官在研究人類大腦發育、腦疾病建模和開發新藥方面顯示出巨大的潛力,腦類器官對于研究和模擬人類神經系統疾病至關重要。然而,腦類器官的培養周期長,成本高,極大限制了它們在生物醫學研究中的應用。攜帶病理特征的新鮮人腦組織是研究神經系統疾病更為可靠的模型。目前,具有特定病理特征的腦組織可獲取性,可操縱性以及低溫保存神經活性都面臨很多技術難題。冷凍保存技術已在胚胎干細胞、配子、胚胎、膠質母細胞瘤類器官、子宮內膜器官等方面廣泛應用,極大助力再生醫學的發展。腦類器官/腦組織是由多種神經細胞構成的復雜結構,具有神經功能網絡活動,二維細胞和非神經類器官的冷凍方法不適用于神經類器官和人腦組織。因此,迫切低需要開發腦類器官/腦組織的低溫保存方法,對推動腦科學基礎和臨床轉化研究具有十分重要的意義。


                  2024年5月13號,復旦大學腦科學轉化研究院邵志成研究員團隊在Cell Reports Methods雜志在線發表了題為【Effective cryopreservation of human brain tissue and neural organoids】的研究論文,報道了一種被稱為 MEDY 的全新腦類器官冷凍保存新技術,該技術在冷凍過程中能夠保留腦類器官的復雜結構和功能活性,保留人腦組織的病理特征。MEDY將能夠大規模、可靠地存儲各種神經類器官和腦組織,促進多種神經類器官在基礎研究、臨床應用和藥物篩選中的廣泛應用,對將來真正實現完整人腦的冷凍保存起到一定的推動作用。


                  研究團隊首先選擇了多種在維持類器官形態完整性、減少神經元死亡和保護軸突生長過程中起作用的試劑,包括甲基纖維素(Methylcellulose)、乙二醇(Ethylene glycol)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、海藻糖(Trehalose)、葡萄糖(Glucose)、蔗糖(Sucrose)和脯氨酸(Proline)等,通過不同濃度梯度,初步篩選出對類器官有一定保護作用的試劑甲基纖維素、乙二醇和 PVP 作為低溫保存介質組分的候選試劑。為了進一步提高冷凍保存的效率,研究團隊測試了不同冷凍保存介質組合并添加 ROCK 抑制劑 Y27632 后對類器官的凍存保護效果進行檢測,結果表明 4 種組合冷凍劑都極顯著地解決了類器官復蘇后出現大量碎片的問題。通過對復蘇后類器官軸突生長狀態、神經元生長狀態以及凋亡比例的對比分析,最終確定了 1% 甲基纖維素+10% 乙二醇+10% DMSO+10 μM Y27632(MEDY)作為腦類器官的最佳冷凍保存劑。


                  進一步,通過改進復溫流程,以及復蘇后ROCK抑制劑預處理步驟,最終建立了腦類器官凍存復蘇新方法。改進方法復蘇后的神經類器官保留了細胞多樣性、細胞組織結構以及神經元功能活性。


                  研究團隊首先選擇了多種在維持類器官形態完整性、減少神經元死亡和保護軸突生長過程中起作用的試劑,包括甲基纖維素(Methylcellulose)、乙二醇(Ethylene glycol)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、海藻糖(Trehalose)、葡萄糖(Glucose)、蔗糖(Sucrose)和脯氨酸(Proline)等,通過不同濃度梯度,初步篩選出對類器官有一定保護作用的試劑甲基纖維素、乙二醇和 PVP 作為低溫保存介質組分的候選試劑。為了進一步提高冷凍保存的效率,研究團隊測試了不同冷凍保存介質組合并添加 ROCK 抑制劑 Y27632 后對類器官的凍存保護效果進行檢測,結果表明 4 種組合冷凍劑都極顯著地解決了類器官復蘇后出現大量碎片的問題。通過對復蘇后類器官軸突生長狀態、神經元生長狀態以及凋亡比例的對比分析,最終確定了 1% 甲基纖維素+10% 乙二醇+10% DMSO+10 μM Y27632(MEDY)作為腦類器官的最佳冷凍保存劑。


                  進一步,通過改進復溫流程,以及復蘇后ROCK抑制劑處理步驟,最終建立了腦類器官凍存復蘇新方法。改進方法復蘇后的神經類器官保留了細胞多樣性、細胞組織結構以及神經元功能活性。


                  然后,研究團隊將長期培養的大尺度腦類器官進行 MEDY 冷凍復蘇,發現其對成熟的類器官依然起到冷凍保護作用。此外,該 MEDY 技術可以更廣泛地應用于多種腦區域特異性類器官,包括背/腹側腦、脊髓、視神經類器官和癲癇患者源性腦類器官。同時,MEDY 可用于 3D 人腦組織的低溫保存,解凍后仍可保留其病理特征。最后,研究團隊通過轉錄組學分析發現,MEDY 通過抑制內質網介導的細胞凋亡途徑從而保護突觸功能,實現在低溫狀態下對腦類器官的保護作用。


                  綜上所述,該研究能夠在將來顯著減少了神經類器官的制備時間和成本,并能維持活體人腦組織的病理特征,便于各種神經類器官和活體腦組織的大規模存儲,促進腦科學基礎研究、神經類移植器官治療和藥物評估與篩選。


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