Cell Stem Cell︱上海科技大学向阳飞组建立脊髓三叉神经核团特异脑类器官模型

随着脑类器官在科研中的广泛应用，其构建方法也在不断发展，以便更好地模拟人脑。构建脑类器官的常用策略包括非定向分化和定向分化，它们在不同的研究场景中发挥着重要作用。人类大脑是一个复杂的系统，针对特定脑亚区及脑核团构建特异的脑类器官模型仍面临许多挑战。近年来，尽管多种基于定向分化的脑区特异类器官已成功建立，但国际上关于在体外重现具备核团特征的脑类器官的研究仍有限。

2024年8月28日，上海科技大学生命科学与技术学院向阳飞课题组在国际期刊Cell Stem Cell上发表题为“Generation of human region-specific brain organoids with medullary spinal trigeminal nuclei”的研究论文，报道了新的脑类器官构建方法。

后脑延髓在调控众多基本生命功能中发挥重要作用。然而，针对这一区域的脑类器官模型仍然缺乏，特别是在延髓特定核团的构建方面仍为空白。位于延髓的脊髓三叉神经核团（Spinal trigeminal nucleus, SpV）是最大的颅神经核，也是三叉神经核的关键结构，主要负责接收颅面部感觉信息并将这些信息传递至丘脑。虽然SpV密切参与了正常生理功能维持及多种病理机制发生，目前尚未有针对SpV核团的人源研究模型。

为建立特异模拟SpV的脑类器官，研究人员探索了人类多能干细胞体外三维神经分化的精细调控机制。通过与其他脑区特异类器官（例如该团队之前建立的脑皮层类器官和丘脑类器官）以及在体脑组织等的比较分析，解析了SpV类器官的特征及其细胞谱系发育过程。此外还研究了长期培养下的SpV类器官中神经组织结构和功能特征。研究人员发现SpV神经元在长期培养的类器官中自发形成轴突束结构，表明了其潜在的投射能力。

为了在体外模拟SpV与丘脑之间的连接，研究人员对SpV类器官和丘脑类器官进行了融合培养。结果显示，SpV神经元向丘脑侧投射的能力显著强于丘脑神经元向SpV区域的投射能力。通过不同的融合组合，如SpV类器官与丘脑类器官的融合、SpV类器官与皮层类器官的融合，以及丘脑类器官与皮层类器官的融合，研究人员进一步分析了不同神经组织间建立投射的特征。这些投射特征与体内不同脑区间的连接特征相一致。此外，通过逆行示踪、光遗传、钙成像、电极刺激与记录等多种研究手段，还进一步证实了在融合类器官中，SpV细胞与丘脑细胞之间建立了连接。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.08.004

上海科技大学生命科学与技术学院向阳飞课题组博士研究生庞溦、朱金奎为该文共同第一作者，向阳飞为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。