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人类类器官可恢复半脑小鼠的认知功能

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接受由人类干细胞制成的脑类器官移植后,大脑功能(包括认知能力和运动能力)均得到显著改善,而这些大脑仅剩半个的小鼠则出现了认知和运动方面的显著变化。

作者:卡丽莎·王2026年9月16日
小鼠大脑(蓝色)侧视图,可见从人脑类器官移植体延伸出的神经纤维(分别用绿色和红色荧光蛋白着色)。斯坦福大学 S. Post-lab

研究人员将人类大脑类器官移植到缺失半边大脑的小鼠体内。这些微型的人类大脑皮层(负责记忆、运动和思维的区域)被植入到缺乏这一主要脑区的小鼠体内。这些类器官不仅与小鼠的大脑融合,而且还恢复了它们的大部分认知功能。

“没有大脑皮层的小鼠(相对而言)生病了,然后你把这些类器官移植进去,它的行为就更像正常的小鼠了,”剑桥大学的加布里埃尔·巴尔穆什(Gabriel Balmuș )说道,他并没有参与这项研究。

加州斯坦福大学的塞尔吉乌·帕什卡及其同事通过基因工程改造小鼠,使其大脑皮层缺失超过90%,约占大脑的一半。帕什卡表示,这些小鼠仅表现出一些记忆和运动方面的缺陷,因为它们的大脑会进行适应性调整,以弥补缺失的皮层。

研究团队在约一半的小鼠体内植入了四个人类脑类器官,这些类器官是通过将人类干细胞浸泡在化学物质中约40天而生成的。这些类器官填充了每只小鼠颅骨内的空腔,使小鼠变成了研究人员所称的XCX小鼠。其余的小鼠,即无脑回小鼠,则没有接受移植手术。


接受人脑类器官移植的小鼠脑内的神经纤维通路。白色虚线标示移植片的边缘,不同颜色表示纤维的不同方向。斯坦福大学 S. Post-lab

几个月后,在记忆测试(需要它们穿越迷宫)中,无盖小鼠的表现比第三组大脑完整的正常小鼠更差。但这种缺陷在XCX小鼠中几乎完全逆转。XCX小鼠的步态也介于无盖小鼠和正常小鼠之间。

扫描结果显示,类器官已经生长形成类似大脑皮层的移植组织。“大脑一半的体积(最初)消失了,现在缺失的体积中大约90%都被人类细胞覆盖了,”帕什卡说。

这项研究建立在之前植入人脑类器官的研究基础上。帕什卡说,虽然可以将人类脑类器官移植到大鼠或小鼠的大脑中,但啮齿动物大脑的大部分区域最初都不会缺失。他表示,这些研究仅仅表明,这类类器官可以改变认知,而不是改善认知。例如,在一项研究中,光照刺激大鼠体内的人类脑类器官,使其能够预测水的存在。

最新研究中的移植片也是首个包含一种名为冯·埃科诺莫神经元的神经细胞的移植片,这种神经元会影响社交技能,此外还包含从大脑皮层延伸到脊髓的神经元。后者或许可以解释为什么这些移植片能够减少社交技能。巴尔穆什说,这是运动技能方面的障碍。

帕什卡表示,该团队培育的类器官比以往实验中使用的类器官更大,也更接近人类大脑皮层。但据奥地利维也纳分子生物技术研究所的于尔根·克诺布利希称,这些类器官仍然缺乏皮层的正确排列和结构。“它有点像神经元和其他细胞的大杂烩,”他说,“大多数细胞类型都存在,但它们不像正常皮层那样被划分成不同的区域。”

在另一项实验中,该团队证明,人类类器官移植可以使小鼠对低氧环境产生反应。巴尔穆什表示,小鼠的氧气水平与人类类似。由于生活在地下,小鼠进化出了对低氧环境的高度适应能力,因此很难在普通小鼠身上复制这种适应能力。巴尔穆什还指出,这表明这些实验动物或许能为研究脑瘫提供更好的方法。脑瘫是一种会导致运动障碍的疾病,其病因之一是出生前后缺氧。

但克诺布利希表示,这类实验会引发伦理问题。这些小鼠“理应受到与其他动物实验动物同等的保护,这意味着我们需要绝对确保……”他说:“没有疼痛感,没有不必要的痛苦,而且实验的风险与医学收益相匹配。” 他表示,最新的研究已经实现了这一点。

人们普遍担心,植入人类脑类器官的小鼠是否会获得类似人类的意识水平。“目前的数据并没有表明,植入(人类类器官)会让小鼠比普通小鼠更聪明或更有意识,”克诺布利希说。“这就像把汽车的轮子取下来装到树上,然后说那就是一辆车一样。”

期刊参考文献:

自然DOI:10.1038/s41586-026-11032-2

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