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培養(yǎng)皿“種出”腦世界 科學(xué)家探索精神病新療法

2015-06-25 來源:健客網(wǎng)  標簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:在這個直徑只有5毫米的球狀體里,數(shù)以百萬計的神經(jīng)元已經(jīng)“成功聯(lián)網(wǎng)”,電波和訊號通過聯(lián)結(jié)的突觸一刻不停地奔騰著。成長過程中產(chǎn)生的基因表達,已與正在發(fā)育中的胚胎大腦皮層極其相似。

  精神病人的世界到底是怎樣的,是否如電影所表現(xiàn)的那般光怪陸離?無論哪個世界是怎樣的,當(dāng)他們沉浸在里面的時候,他們是否會感到快樂,抑或是在承受痛苦?

  既然他不知道我們的世界如何,為什么我不能去他的世界呢?

  “大家好,我叫劉京京,今年7歲,我是男孩,家住江西萍鄉(xiāng),我喜歡吃餅干,謝謝大家。”44歲的劉軍明大聲說道,身旁的劉京京面無表情地跟著爸爸復(fù)述,聲音微小、時常忘詞。

  5年前被確診為自閉癥的京京生活在自己的世界里。他會在公交車上連續(xù)大笑50分鐘,也會把屎尿拉在褲子上。他至今不能上幼兒園,每天在爸爸的陪同下,去康復(fù)中心接受治療。

  根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的數(shù)據(jù),全球各類精神疾病患者總數(shù)高達4.5億,每160個兒童中就有一位像京京這樣的自閉癥患者。

  “既然他不知道我們的世界如何,為什么我不能去他的世界呢?”全職陪護的劉軍明訴說著自己的心愿。就在父親節(jié)前不久,大洋彼岸的科學(xué)家們正在通過培養(yǎng)皿這么做。

  5月25日,斯坦福大學(xué)帕斯卡實驗室的“人造大腦皮層球狀體”研究發(fā)表于《自然-方法》雜志。在美國國立衛(wèi)生研究院資助下,斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究員們“種”下皮膚細胞,7個星期后,酷似人類大腦皮層的組織在培養(yǎng)皿里“長”了出來。

  在這個直徑只有5毫米的球狀體里,數(shù)以百萬計的神經(jīng)元已經(jīng)“成功聯(lián)網(wǎng)”,電波和訊號通過聯(lián)結(jié)的突觸一刻不停地奔騰著。成長過程中產(chǎn)生的基因表達,已與正在發(fā)育中的胚胎大腦皮層極其相似。

  長久以來,神經(jīng)學(xué)家們在老鼠的腦子里尋找著人類精神病的癥結(jié)。屢屢碰壁后,他們決定“種”一個人腦做向?qū)В瑢ふ也厣砥渲械牟≡睢?/p>

  “我是個醫(yī)生,我們能夠為精神疾病患者提供的治療意見通常十分有限,”領(lǐng)導(dǎo)該研究的精神病與行為科學(xué)副教授賽爾久·帕斯卡說道,這一研究“具有為精神疾病及其治療提供新見解的潛力”。

  在培養(yǎng)皿里“種”一個大腦皮層類器官,“現(xiàn)場重播”胚胎里的生命歷程

  劉軍明不知道兒子的大腦里正在發(fā)生什么,一種似乎不可逾越的界限擋在男孩兒與外界之間。他甚至嘗試著封閉自己的生活,去向兒子靠攏。

  這種無力感同樣困擾著精神科醫(yī)生。長久以來,醫(yī)學(xué)家們只能通過磁共振成像一窺腦活動,通過尸檢了解腦結(jié)構(gòu),通過動物實驗推導(dǎo)人腦的機能。

  而人類精密的大腦如同顱腔里的宇宙,數(shù)以百億計的神經(jīng)元伸展著突觸,在膠質(zhì)細胞的簇擁下,精巧地聚居在不同的區(qū)域里,創(chuàng)造思緒,指導(dǎo)行為。

  轉(zhuǎn)戰(zhàn)基礎(chǔ)研究以前,羅馬尼亞醫(yī)師帕斯卡曾與自閉癥在臨床領(lǐng)域“斗智斗勇”,卻深感挫敗。去年5月,斯坦福大學(xué)成立帕斯卡實驗室,這位33歲的“天才科學(xué)家”作出大膽的決定:用患者細胞在培養(yǎng)皿里“種”一個大腦皮層類器官,把大腦神秘的成長、工作、生病歷程進行“現(xiàn)場重播”。

  7批細胞從5名捐贈者的皮膚上提取下來,在平皿中被誘導(dǎo)成為能長成任何細胞的多能干細胞,又進而誘導(dǎo)成腦細胞。而后,這些“種子”被完整地“種”進了一種特殊的培養(yǎng)皿,細胞無法在平面上附著,只能“自謀出路”。

  它們很快開始“發(fā)芽”,僅僅在幾個小時里,原本在平面上“肩并肩”的細胞們開始“疊羅漢”,并且逐漸形成了球面。在生長元素和小分子的滋養(yǎng)下,它們自身的“角色”也在發(fā)生變化。

  有的張牙舞爪、身后拖著長長的尾巴,這是“腦中精英”神經(jīng)元,它們通過突觸互相連接,構(gòu)成糾纏的枝干;有的呈現(xiàn)出簡潔的星形,葉片般乖巧地圍在神經(jīng)元周圍,這是提供服務(wù)的星形膠質(zhì)細胞,全權(quán)管理“吃喝打掃”、“跑腿送信”。

  “同時造出神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細胞是極具挑戰(zhàn)性的。”帕斯卡欣喜地說道。在此前的研究中,星形膠質(zhì)細胞發(fā)揮著“土壤”的作用,科學(xué)家們把神經(jīng)元“種子”播在取自嚙齒類動物或人類胚胎組織的膠質(zhì)細胞上,而“我們系統(tǒng)中的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞基因相同。”

  屏蔽此推廣內(nèi)容7個星期后,“種”下大腦皮層的人們迎來了收獲的時刻。顯微鏡下,這個直徑只有5毫米的“迷你大腦皮層”像雞蛋殼一樣向內(nèi)彎曲。它即將為科學(xué)家們探索2200平方厘米的大腦皮層充當(dāng)向?qū)?,在?40億個神經(jīng)元、1000多億個膠質(zhì)細胞中的某處,藏匿著神秘的精神疾病。

  “哪怕只找到一種類型的自閉癥,只要找到它的信號機制,確定目標,找到能用在臨床治療上的小分子。”“大腦偵探”帕斯卡說道,“我都會感到高興。”

  2011年11月,尚未組建實驗室的帕斯卡與同事便在對一種自閉癥亞型患者的細胞培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn),與發(fā)育成在腦中不同位置工作的神經(jīng)元不同,此種自閉癥患者的神經(jīng)元“力爭上游”,更多地演變成準備在大腦皮層上層胼胝體工作的類型。有趣的是,這正是音樂家更為發(fā)達的腦部區(qū)域。

  當(dāng)它們互相說著“我被電了一下”時,一些精神病患的腦子正在接受電擊治療

  正是那些任性的神經(jīng)元把杜杜的生活擾亂了。在這個自閉癥兒童送給帕斯卡的畫里,占據(jù)圖畫中心的孩子頭像一片漆黑、眼神憂郁,大腦的位置是一團凌亂的粉紅色和藍色線條,一個眼睛上戴著鏡頭的科學(xué)家沿著梯子爬到孩子頭頂,正在向腦子里看。

  帕斯卡把圖畫變?yōu)楝F(xiàn)實。栽下皮膚細胞7個星期以后,結(jié)出了新鮮的“大腦皮層”。他小心翼翼地切開一個“果實”,透過顯微鏡,看向“腦子”內(nèi)部:微小的組織上呈現(xiàn)出的,是酷似人類大腦皮層的分層結(jié)構(gòu),密密麻麻的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞排列規(guī)整,組成表層、深層的皮質(zhì)層。

  這并非“驚鴻一瞥”,研究過程和“進行老鼠大腦切片研究一樣”沒什么特別。不同的是,呈現(xiàn)顯微鏡下的是一片活的“人腦切片”。

  沒人愿意把自己活的大腦捐出來,但隨著干細胞誘導(dǎo)技術(shù)日漸成熟,研究者們可以用一份皮膚樣品輕松制造出數(shù)百個“人造大腦皮層球狀體”,這些最大長到直徑5毫米的類器官可以在實驗室中存活9個月。

  該研究是“平皿中的疾病”項目的一部分。從2011年起,世界各地的科學(xué)家們開始努力把精神疾病“種”進平皿里。2014年,馬薩諸塞州總醫(yī)院的研究者們用患者細胞成功地“種”出了阿爾茲海默癥,并立即展開針對該病的臨床試驗。此前,在老鼠身上測試一種藥物耗時一年,而今,研究者不無得意:“我們幾個月就可以測試成千上萬種藥物。”

  “在過去幾年中,這一領(lǐng)域出現(xiàn)了激動人心的進展。”美國國立衛(wèi)生研究院精神衛(wèi)生研究所主任托馬斯·因澤爾對“人造大腦皮層球狀體”寄予厚望,“這些大腦皮層球狀體能夠生長到建立有功能回路的程度,讓建立心理疾病模型和研究病因成為可能。”

  這在研究中尚屬首次。“我們發(fā)現(xiàn),刺激切片的一邊,皮層活動可以在另一邊被接收到。”帕斯卡介紹道,研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)受到刺激的時候,球體中80%的神經(jīng)元能夠產(chǎn)生神經(jīng)沖動。近九成神經(jīng)元具有自發(fā)的神經(jīng)信號,并且參加了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動。

  可以說,這個從皮膚細胞中長出來的小皮層擁有了與我們大腦皮層相似的“本領(lǐng)”——建立功能回路、神經(jīng)元參與網(wǎng)絡(luò)活動。我們的大腦由此進行思考、采取行動,“人造大腦皮層球狀體”排列整齊的神經(jīng)元們也一刻不停地,在新組建起來的“網(wǎng)絡(luò)”上,交換著意見。

  當(dāng)它們互相交流著“我被電了一下”的“感受”時,一些精神病患的腦子正在接受電擊治療。

  美國國立衛(wèi)生研究院精神衛(wèi)生研究所網(wǎng)站上列舉了可供精神病患者選擇的治療方式。用電波、磁力、植入物刺激大腦是目前治療精神疾病的終極方法,病癥較輕的情況下,可以選用談話等心理療法,或者進行藥物治療,有的精神病患者不得不終生用藥。

  就連從事自閉癥治療、研究多年的帕斯卡也無奈地感慨,醫(yī)生能為精神病患者做的,實在太少了。

  即使在稅收支持保證精神病預(yù)防、診療與康復(fù)的發(fā)達國家,情況依然不樂觀

  帕斯卡在研究過程中結(jié)識了很多患兒家長,他們中的很多人為孩子的情況自責(zé),絕大多數(shù)人和劉軍明一樣,非常需要幫助。

  數(shù)據(jù)顯示,我國各類精神疾病患者人數(shù)在1億人以上。另有學(xué)者指出,診斷與治療的人數(shù)尚不足十分之一。而在報道中,精神病患者惡性傷人事件頻頻出現(xiàn)。

  在深圳市康寧醫(yī)院醫(yī)學(xué)鑒定室主任高北陵看來,我國精神病患的困境更多的是社會問題,“重視不足、認識片面及診治精神病患者的人力、物力、財力不夠”。

  在美國等發(fā)達國家,盡管有專門用于精神疾病預(yù)防、診治與康復(fù)的稅收支持,情況依然不樂觀。美國全國精神疾病聯(lián)盟緬因州執(zhí)行董事珍娜·梅納特在訪談中介紹,在美國,僅成年人中,受精神疾病困擾的人數(shù)即達6100萬,其中半數(shù)以上在過去一年里沒有就醫(yī)。

  技術(shù)惠及患者之前,一大批小白鼠可能會免于“被精神病”。研究合作者、神經(jīng)學(xué)教授本·巴雷斯認為,“栽種”在培養(yǎng)皿里的“大腦”將取代老鼠,成為新的實驗品,研究者對神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)展和致病機制的了解也將大大加深。

  也有人對此憂心忡忡,認為科學(xué)家們在“制造大腦”。“他們沒有考慮整個人腦的復(fù)雜性。”美國國家健康研究院心理健康中心主任托馬斯·因澤爾渾不在意,“我們要研究大腦回路的紊亂也并不需要整個大腦。”

  屏蔽此推廣內(nèi)容盡管罐子里沒有漂著時刻準備移植的大腦,但在未來,如同孫悟空拔一根毫毛吹出猴萬個,藉由我們“分身有術(shù)”的皮膚細胞,醫(yī)生可以在培養(yǎng)皿中測試用藥效果、量身定制治療方案。

  “這一新技術(shù)的力量和前景是巨大的,”巴雷斯暢想道,醫(yī)生可以提取病人的皮膚細胞培養(yǎng)大腦,在模擬大腦成長的過程中發(fā)現(xiàn)問題,并找到辦法解決。

  人們至少可以期待,未來有天,像劉軍明一樣的父母們,終于能從一只小小的培養(yǎng)皿里,看見孩子那曾經(jīng)幽深難測的世界。

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