在一项新的研究中，来自美国斯坦福大学的研究人员开发出一种研究方法，可以更详细地探究与一些神经疾病和精神疾病相关的大脑过程。这是通过在体外培养人类皮层类器官（cortical organoids）并将它们移植到发育中的啮齿动物大脑内以观察它们随着时间的推移如何整合和发挥功能来实现的。相关研究结果发表在2022年10月13日的Nature期刊上，论文标题为“Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids”。

美国国立精神卫生研究所（NIMH）的David Panchision博士说，“这项新的研究代表着科学家们在研究复杂的人类大脑疾病的细胞和回路基础的能力方面取得了重大进展。它允许类器官在一种更具有生物相关性的环境中建立连接，并以它们在培养皿中无法做到的方式发挥作用。”

人类皮层类器官移植在发育中的大鼠皮层内。图片来自Nature, 2022, doi:10.1038/s41586-022-05277-w。

在这项新的研究中，这些作者通过将完整的利用人类干细胞培养出的人类皮层类器官移植到发育中的大鼠大脑内，推进了大脑类器官的研究使用。这项技术构建了一个可以被检查和操纵的人类组织单元。他们使用Pasca实验室之前开创的方法：利用人类诱导性多能干细胞---成体皮肤细胞经过重编程后进入一种未成熟的类似干细胞的状态---构建出人类皮层类器官。他们随后将所构建的人类皮层类器官植入大鼠初级体感皮层，即大脑中参与处理感觉的一部分。

为了了解人类皮层类器官能在多大程度上整合到大鼠的初级体感皮层，这些作者用一种作为功能性连接的一种指示剂可在脑细胞中传播的示踪性病毒感染了皮层类器官。在将携带示踪性病毒的人类皮层类器官移植到大鼠的初级体感皮层后，他们在诸如腹基核（ventrobasal nucleus）和体感皮层之类的多个大脑区域检测到了这种病毒。此外，他们还观察到丘脑和移植区域之间建立了新连接。这些连接可通过电刺激和刺激大鼠的胡须激活，表明它们正在接受有意义的感觉输入。此外，他们能够激活移植的人类皮层类器官中的人类神经元，以调节大鼠的奖励寻求行为。这些发现表明，移植的人类皮层类器官与大鼠中特定的大脑通路进行了功能整合。

在结构和功能上，经过七到八个月的生长后，移植的人类皮层类器官比在体外细胞培养中维持的人类皮层类器官更类似于人类大脑组织的神经元。移植的人类皮层类器官反映了人类皮层神经元的结构和功能特征，这一事实使得这些作者想知道他们是否可以使用移植的人类皮层类器官来探究人类疾病过程的各个方面。