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實驗室培養人工「腦」

譯者/王怡文    

B 級科幻片的終極想像,是用玻璃瓶盛裝功能完整的腦。現在,美國塔夫茲大學的生物工程師創造出類似腦的立體結構,維持它存活超過兩個月,讓這個想法更接近實現。

先前研究人員都是在培養皿內培養研究用的神經元,然而這種方法只能長出平面結構,無法重現腦組織的複雜結構。腦分成灰質與白質兩個區域,前者主要由神經元的細胞本體組成,後者大部分則是由軸突(神經元往外伸出、連結其他神經元的突起結構)構成。

不過塔夫茲大學培養出來的腦組織是立體結構,還展現了灰質、白質分離的特徵。「這項成果非常卓越,」美國生醫影像和生物工程研究院(NIBIB)的計畫主任羅斯瑪麗‧亨齊克(Rosemarie Hunziker)說,「它結合了腦部生理的知識和持續發展的生物工程技術,創造出模擬腦功能的充分及必要環境。」

為了製作腦組織,研究人員創造了由海綿狀絲蛋白支架和膠原蛋白柔軟膠質混合而成的材料,支架結構讓神經元得以附著在上頭,膠質則促進軸突從中穿越生長;然後研究人員利用這種材料培養大鼠神經元,短短幾天後,神經元的軸突就互相連結,形成可運作的網絡。

研究團隊接著從不同的高度往這些類似腦的組織丟下重物,研究創傷性腦損傷(traumatic brain injury,TBI)的效應,發現這些組織的神經元電位與化學活動變化和動物的TBI研究結果相仿。「有了這項系統,基本上我們就能即時追蹤組織對創傷性腦損傷的反應。」計畫主持人大衛‧卡普蘭(David Kaplan)說,「最重要的是,我們也可以開始追蹤修復活動以及後續的長期效應。」

「我們能在實驗室維持這個組織存活數月,就表示我們能開始以新方式探討神經疾病。因為某些關鍵的腦部疾病需要較長的實驗時間。」他補充。


神經元排成層狀來模擬腦部新皮質的分層結構,每一層都用染劑染成不同顏色。


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