深入剖析人類(lèi)大腦，我們會(huì )發(fā)現大腦的每一部分都有著(zhù)令人驚嘆的組織構造。大量神經(jīng)束構成神經(jīng)傳導通路使神經(jīng)沖動(dòng)得以逐級準確傳遞。大腦皮層（灰質(zhì)）內逐層精確分布的神經(jīng)元彼此緊密連接形成復雜而精確的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )。如此有序的構造說(shuō)明每一個(gè)神經(jīng)元的分裂和生長(cháng)都被精確調控著(zhù)。

一旦這種調控機制遭到破壞，那后果將十分可怕，對患者的認知和智力水平都會(huì )產(chǎn)生嚴重的影響。

以結節性硬化癥（TSC）這一罕見(jiàn)的遺傳病為例，TSC 患者的 TSC1 或 TSC2 基因存在突變。通常由這兩個(gè)基因編碼的蛋白質(zhì)共同作用可以抑制 mTOR 的活性，而 mTOR 信號通路是神經(jīng)元（以及其它細胞）內多種細胞生長(cháng)信號的關(guān)鍵開(kāi)關(guān)。

如果 TSC1 或 TSC2 蛋白不能正常工作，持續激活的 mTOR 通路就會(huì )使神經(jīng)細胞不停地生長(cháng)和分裂。這樣大腦內就會(huì )被這些無(wú)序生長(cháng)的良性結節占據，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )也因此被破壞。


諾華生物醫學(xué)研究中心（NIBR）神經(jīng)科學(xué)研究小組的科研人員一直試圖弄清基因突變、細胞通路異常以及大腦內神經(jīng)細胞無(wú)序生長(cháng)這三者之間的內在關(guān)系。為了實(shí)現這個(gè)目標，他們將誘導多能干細胞技術(shù)和三維細胞培養技術(shù)相結合，將 TSC 患者和健康個(gè)體捐獻的細胞重編程培育成神經(jīng)元并模仿大腦皮質(zhì)中細胞的分層構造使之形成微型類(lèi)大腦結構，就像一個(gè)裝在培養皿中的“大腦”。

這個(gè)類(lèi)大腦模型是由 NIBR 神經(jīng)科學(xué)家 Ajamete Kaykas 和 Max Salick 利用多能干細胞誘導技術(shù)培育的，它最初來(lái)自于一個(gè)健康人的體細胞。在該模型中，一種神經(jīng)元特有的細胞骨架蛋白β3 微管蛋白（β3 tubulin）被染成紅色。圖中，顏色越紅的區域，就表示有越多的神經(jīng)元聚集。在生長(cháng)到 14 天的時(shí)候，這個(gè)器官模型的神經(jīng)元已經(jīng)開(kāi)始分層聚集，如同處于發(fā)育狀態(tài)的大腦皮層。

這樣的器官模型使得 Kaykas 和 Salick 能夠在一個(gè)在類(lèi)似大腦皮層的自然三維結構中研究結節性硬化癥的疾病發(fā)展，同時(shí)這個(gè)模型也可以用于測試潛在的治療方法是否有效，即在培養皿內進(jìn)行早期療效試驗。作為 NIBR 神經(jīng)科學(xué)研究小組的一名高級研究員，Kaykas 表示非常興奮能有機會(huì )在一個(gè)完全人源化的系統中研究 TSC 以及其它因 mTOR 通路異常激活引起的疾病。

他說(shuō)：“如今將人的皮膚或者血液細胞還原到胚胎干細胞的狀態(tài)并繼而將其誘導成其它任意人體細胞這一技術(shù)，就像“游戲規則改變者”一樣極大地改進(jìn)了我們構建人類(lèi)疾病模型的能力?！?

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