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奥地利科学院分子生物技术研究所（IMBA）的Jürgen Knoblich及其科研团队在一项新的研究中提出了一种创新方法，能够培养出具有独特皮层区域和前后模式的大脑类器官。这一技术的出现，使得科学家们能够更加深入地了解人类大脑的发育过程及其相关疾病。
这项研究的相关成果于2024年9月18日在线发表在《Nature Methods》期刊上，论文题为《A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids》。
大脑类器官是一种源自人类多能干细胞的三维模型，这种模型使科学家们能够研究人类大脑的独特特性，并回答一些关键问题，如人脑是如何达到如此复杂的结构以及长距离神经连接是如何形成的。然而，传统的皮层类器官通常呈现均匀的球形结构，这与形态复杂的人类大脑皮层存在很大差异。人类大脑皮层从后向前分为多个区域，每个区域具有独特的功能。
在这项新的研究中，研究团队首先制备了长线性的大脑类器官，然后通过将其与产生名为FGF8因子的细胞融合，使其呈现出模式化。这种不对称的FGF8源能够沿着大脑类器官的纵轴建立基因表达和细胞分布模式，类似于在人类大脑皮层中观察到的情形。
研究团队展示了如何利用这些模式化的皮层类器官研究大脑疾病。比如，患有软骨发育不全症的患者，其颞叶（皮层的一个区域）形态异常与FGFR3的突变相关，FGFR3是FGF8信号的受体。在模式化皮层类器官中，FGFR3的突变同样会导致沿纵轴模式化和细胞增殖的变化。
Knoblich教授表示：“模式化的皮层类器官是研究导致发育障碍模式化缺陷的理想模型。这些类器官甚至可以作为实验平台，测试早期模式化缺陷是否是自闭症患者大脑转录变化的原因。皮层类器官提供了一种方法，将神经精神疾病的遗传和环境变化与特定的早期皮层模式化事件联系起来。”
模式化皮层类器官也为理解人类大脑的发育过程提供了新的视角。人类大脑的发育过程中，多个形态发生因子和信号通路相互作用，单独研究每个因素的作用是非常困难的。然而，在模式化皮层类器官中，FGF8成为唯一的信号指定不同的结构域。
论文的共同第一作者Camilla Bosone提到：“通过将产生不同形态发生因子的大脑类器官融合在一起，并精确控制这些融合体中形态发生因子产生细胞的时间和数量，极性皮层类组装体（PolCA）成为了一种理想的体外模型，用于单独引入和研究单个信号通路的影响。”
Knoblich教授补充道：“模式化的大脑类器官对进一步研究神经元在发育过程中如何获得其特征具有重要价值。”
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