《Cell Stem Cell》细胞培养能模拟血脑屏障了

　　人脑和血管类器官合并形成血脑屏障集合体，可能为研究神经系统疾病提供线索。

　　

血脑屏障（BBB）调节血液和大脑之间物质的通道，允许必需的营养物质和某些药物进入，同时阻止有害分子这种关键功能的破坏会导致严重的疾病，如脑癌和阿尔茨海默病等神经退行性疾病尽管血脑屏障在健康和疾病中具有重要的生理作用，但科学家们仍在努力研究这种保护膜，部分原因是实验动物的血脑屏障并不能完全模仿人类的血脑屏障

“如果我们想要解决血脑屏障功能障碍，我们必须有一个好的人类血脑屏障模型，”辛辛那提儿童医院医学中心的神经生物学家和干细胞科学家Ziyuan Guo说。

为了弥补这一缺陷，Ziyuan Guo和他的团队开发了具有血脑屏障功能的脑类器官，比以前的迷你脑模型更接近于模仿人类的器官他们的论文发表在《Cell Stem Cell》杂志上，描述了一个可以帮助研究人员研究血脑屏障并调查与之相关的疾病的系统。

内盖夫本-古里安大学（Ben-Gurion University）的生理学家和细胞生物学家Gad Vatine没有参与这项研究，他说：“拥有功能性血脑屏障的类器官的整个方法是新颖的。”

设计血脑屏障类器官提出了一个技术挑战：在同一个培养皿中培养发育过程中由不同胚层产生的两个组成部分——大脑和血管。为了克服这一障碍，Guo的团队转向利用人类多能干细胞培养脑类器官和血管类器官的既定方法。在将培养物分开培养后，他们将它们组合成组装体，观察血管在三周的时间里长成了脑组织。这些分离的结构逐渐融合成一个包含毛细血管网络的球体。

免疫荧光分析显示，在血脑屏障血管内皮细胞中发现了葡萄糖转运蛋白和紧密连接蛋白等分子的表达。相比之下，血管类器官在整合到脑类器官之前不表达这些分子。为了评估这些组装体屏障的完整性，Guo和他的团队测量了细胞间的电阻抗，观察到高完整性，表明这些结构模拟了器官的屏障功能。

为了确定组合体中的细胞群，研究人员求助于RNA测序。这种方法捕获毛细血管内皮细胞、神经元和支持星形胶质细胞，以及与人类血脑屏障功能相关的其他细胞类型。不像以前的方法只捕获内皮细胞和神经元，目前的方法产生了几乎所有的神经血管单元的细胞类型，Guo说。他补充说：“到目前为止，我们是最接近真正的人类BBB的人。”

一旦他们确定这些组合体与人类血脑屏障相似，研究人员就开始探索是否可以使用该系统来模拟神经系统疾病。他们从两名患有脑海绵状血管瘤（CCM）的患者身上分离出干细胞，这是一种以血脑屏障完整性受损为特征的遗传性疾病，其中薄壁血管簇可能破裂并导致中风

利用这些患者来源的干细胞，他们产生了大脑和血管类器官。当合并形成组装体时，这些结构复制了CCM的关键特征，包括血脑屏障的分解。患者来源的组装体也显示出与CCM患者病变活检组织中观察到的特征相似。

结果令人兴奋，Guo补充说：“这是该领域的一个重大里程碑。”

接下来，该团队计划使用这些组合体来模拟其他神经系统疾病，如自闭症谱系障碍和阿尔茨海默病。

生成大脑和血管类器官并将它们合并在一起“是这篇论文的一个突破，”Vatine说。然而，他补充说，研究人员并没有测试物质是否能通过血脑屏障。

他说：“（这些组合体）仍然缺乏（模拟血液流动的）技术，这将使我们能够利用它们来预测哪些药物会进入大脑。”他解释说，这一点尤其重要，因为初步的药物测试依赖于临床前动物模型，而这些模型并不能完全捕捉到在人类身上发生的情况。

Guo同意这些组装体需要额外的修改。他说：“我们必须有一个更好的改进的血液循环模型，这是测量药物渗透性的更准确的方法。但就神经血管相互作用（脑细胞和血管细胞之间）而言，我们真实地模仿了真正的人类血脑屏障。”