大脑类器官揭示埃博拉、帕金森、阿尔茨海默病及神经记录新见解

人类大脑类器官揭示了埃博拉病毒如何在神经组织中持续存在，帮助确定了罕见儿童帕金森病的可能治疗方法，并与软性生物电子学结合，绘制了几乎整个组织的活动图谱。在一项研究中，埃博拉病毒及相关丝状病毒在大脑类器官中复制长达120天。在另一项研究中，一种生物电子网格被用于记录类器官表面数百个位置的活动。

在西奈山伊坎医学院和伯恩哈德·诺赫特热带医学研究所的一项研究中，旨在模拟人脑某些方面的大脑类器官显示，埃博拉病毒及相关丝状病毒（包括苏丹、雷斯顿和马尔堡病毒）能够复制长达120天。这些类器官由人类诱导多能干细胞发育而来，被引导形成包含中枢神经系统中多种细胞类型的三维结构。病毒感染神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞（大脑的免疫细胞），并通过直接细胞间接触和从受感染细胞出芽的方式传播。尽管受感染的类器官产生了促炎细胞因子，但免疫反应不足以清除病毒，且晚期培养物中炎症加剧。研究人员还发现了在长期感染过程中出现的缺陷病毒基因组、突变和病毒颗粒，表明存在一种“生产性持续存在”状态，即病毒保持活性和传染性，而非休眠。

在另一项进展中，由西北大学和Shirley Ryan AbilityLab科学家领导的团队开发了一种柔软的三维电子框架，像透气网格一样包裹类器官，提供近乎全覆盖的数百个微型电极。这项技术于2月18日发表在《自然生物医学工程》杂志上，使科学家能够绘制和操纵几乎整个类器官的神经活动，从局部探测转向真正的全网络映射。研究人员指出，人类干细胞来源的类器官能够实现针对患者的研究，以了解组织对药物和新兴疗法的反应，但现有为平面细胞层设计的仪器不能很好地与球形类器官结合。

由患者自身细胞培养的大脑类器官也帮助确定了一种针对由DHDDS基因突变引起的超罕见儿童帕金森病的经济治疗方法。乌得勒支威廉敏娜儿童医院的研究人员观察到，迷你大脑在四个月后出现明显退化迹象，与儿童疾病进展相似。在健康细胞中，DHDDS有助于合成磷酸多萜醇（dolichol），这是一种类似脂肪的小分子，作为将糖附着到蛋白质上的平台；当DHDDS功能异常时，细胞难以连接糖链，胆固醇在星形胶质细胞中积累，导致线粒体功能障碍和能量产生减少。基于酵母的筛选确定烟酰胺单核苷酸（一种天然存在的维生素B3）为DHDDS驱动细胞应激的潜在调节剂。这种维生素对迷你大脑产生了积极影响，当患者家属开始使用这种非处方补充剂后，数周内行走改善、精力增加、震颤减轻。目前已获得资金启动一项国际试验，患者将服用烟酰胺单核苷酸一年，每三个月评估一次。

在另一项研究中，维持超过100天的人iPSC来源大脑类器官被用于模拟神经炎症和阿尔茨海默病。当类器官用促炎细胞因子混合物（TNF-α、IL-1α、IL-1β）激活时，释放更多细胞因子，炎症基因表达增加；用地塞米松（一种糖皮质激素受体激动剂）治疗可逆转炎症反应。在阿尔茨海默病模型中，与Aftin-4孵育增加了Aβ42分泌和Aβ42/Aβ40比值，而用LY2886721（一种BACE1抑制剂）治疗显著降低了该比值，表明淀粉样蛋白生成过程可以在药理学上逆转。这些发现表明，类器官系统可用于测试和评估中枢神经系统靶向疗法。

总体而言，这些研究说明了大脑类器官在疾病建模、药物安全性测试和再生医学中日益重要的作用。由于类器官在某些情况下与人类感染行为相似，它们突显了该模型在研究持续性病毒感染和评估治疗干预措施方面的适用性。