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自闭症研究员Alysson Muotri的大胆计划的脑器有机体

经过/ 2019年8月12日

听这个故事:

它几乎是日落,Alysson Muotri鸭进入一个小型杂乱的房间,在他在加利福尼亚拉霍亚的La Jolla再生医学中的宽敞杂乱的房间。孵化器迷你冰箱的尺寸包括不寻常的居民 - 他想制作介绍。

“这是一个微型大脑的工厂,”Muotri笑着说。他的同事拿着一个玻璃托盘对着光线,鱼子酱大小的粉红色球体旋转进入视野。

球形是人类细胞的3D球,称为脑器有机体 - 和Muotri花在他的日子里思考使用它们来研究人类大脑的复杂性。

这些球体的细胞形成层状,就像人类的大脑一样,并表现出类似大脑的活动,将电信号从一个细胞传递到另一个细胞。但它们没有真正的大脑那样复杂的解剖结构。他们也不能思考或感觉——至少目前还不能。

Muotri哄骗干细胞发展成大脑中所见的类型的约100万细胞的地球仪。他旨在了解这些准脑子如何成熟 - 以及他们的活动模式如何与人类大脑中的活动相匹配。在他们所做的范围内,他希望用它们来解开自闭症和相关条件的Awrame - 并找到治疗的引导。

2014年,Muotri用一名自闭症男孩父亲的干细胞创造了他的第一个大脑器官。两年后,他发现利用自闭症儿童的干细胞制造的类器官与正常神经控制的类器官具有不同的网络动态。他从携带尼安德特人DNA的细胞和感染寨卡病毒的细胞中制造出了类器官。7月,他帮助发送了第一批大脑类器官进入太空。他说,最终的目标是创造出能够学习的类有机物。

一些批评者认为Muotri倾向于过度解读他的数据,但他的大多数同事都钦佩他推动这项技术极限的决心,即使这项工作存在争议。

法国巴黎生物技术研究所干细胞和基因工程助理教授费里德·纳索尔说:“他的名字在尝试利用类器官做一些以前没有人做过的事情方面具有很大的影响力。”“他真的是在努力突破可以做的事情的界限。”

Muotri坚定的乐观态度赢得了许多怀疑论者的支持,事实上,这也为他赢得了几个奖项和数百万美元的资助。

第一个光:

Muotri在还是个孩子的时候就全神贯注于事物是如何运作的。他记得自己“第一次深入思考”是在7岁左右,当时他试图弄清楚灯泡是如何工作的。他说:“我的想法是,灯泡不是用来发出光的,而是用来吸走黑暗的。”

作为巴西圣保罗的少年,他经常沉浸在自然中,捕获罐子里的萤火虫,所以他可以“永远亮了”。他创建了一系列闪烁的萤火虫闪烁光线的延时照片 - 赢得了来自家庭成员的绰号“科学家”的众多项目之一。

作为坎皮纳斯大学圣保罗大学的本科,他在分子生物学中表现出色,尽管他总是对大脑感兴趣 - 以及特别感兴趣。但巴西不是神经科学研究的温床,因此Muotri在圣保罗大学学习癌症,拿起细胞生物学的基础知识。

虽然在大学,Muotri试图为Xeroderma Pigmentosum进行局部基因治疗,这是一种罕见的皮肤病,导致对阳光极度敏感,并且经常导致癌症。该项目需要在菜肴中制作皮肤模型。他前往生物学家阿兰Sarasin在法国的实验室于2001年学习一种涉及将干细胞与皮肤混合的技术,其具有作为干细胞的载体繁殖并产生皮肤层的载体。

但他很快就意识到他想要追求神经科学,他需要完全离开巴西。2002年,他加入了弗雷德规他目前在加州圣地亚哥的一个发展神经科学的联系小组担任博士后研究员。

“他喜欢在加利福尼亚州拉霍纳的生物学研究所主席的Gage说,”Gage说,加利福尼亚州的生物学研究所总裁。

成长的烦恼:

从皮肤到大脑的转变涉及到Muotri陡峭的学习曲线。此外,由于2001年的一项联邦法律禁止公共资金用于使用胚胎干细胞的研究,胚胎干细胞的供应和研究经费都是有限的。

在盖奇的实验室,Muotri的工作被限制在一个由私人捐赠者提供特殊设备的房间里。该计划是将干细胞转化为神经元,但这并不简单。

“没有人确切知道该怎么做,”穆特里说。简单地让干细胞存活是一个挑战。

经过三年的努力,Muotri在2005年报告说,他和他的同事已经将人类胚胎干细胞移植到小鼠胚胎的大脑中。他们发现,在新生老鼠的大脑中,有功能的人类神经元已经整合到网络中1

匆忙中,穆欧特里漏掉了一步:他漏掉了不寻求批准来自索尔克研究所的机构审查委员会,该委员会审查人类研究的潜在危害。他受到警告。

“这是我与这些道德问题的第一次联系,”Muotri说。“我学到了两节课:有很多人对这些实验生气,很多人对这些实验感到高兴。”

细胞生物学家是快乐人群中的一员拉里•戈尔茨坦他确信Muotri的工作将加速干细胞领域的发展。

“我在这个领域工作过几次;我认识很多科学家,我知道哪些人在创造力、动力和洞察力方面与众不同——[Muotri]就是其中之一,”桑福德再生医学联盟的科学主任戈德斯坦说。

三年后,戈尔茨坦在加州大学圣地亚哥分校(University of California, San Diego)招募了Muotri加入他的团队,并在那里担任教授。

Alysson muotri肖像

大胆的计划当前位置当其他人在争论他的科学抱负的价值时,阿里森·穆欧特里喜欢走在边缘。

家庭关系:

在他的新实验室中,Muotri从胚胎干细胞移开,并将其伦理问题转移到一种名为“诱导的多能干细胞”的类型,其使用皮肤和其他体细胞作为起点而制成。

2010年,他报告说,干细胞是由皮肤细胞制成的Rett综合症它产生的神经元比正常人少。一次关于这项工作的电视采访引起了巴西妇女安德烈·科因布拉(Andrea Coimbra)的注意,她的儿子伊万(Ivan)当时5岁,患有严重的自闭症。

“我决定告诉他,在知道他的工作和他的研究后,我生活得更好,”Coimbra回忆道。交换电子邮件一年后,Coimbra和Muotri在巴西的一个科学会议上遇到了 - 坠入爱河。他们在2016年结婚。

随着他对Ivan的了解,Muotri越来越投入于寻找将他的研究成果转化为自闭症治疗的方法。

类器官和干细胞并不是Muotri用来研究自闭症和筛选治疗方法的唯一工具。在未发表的工作中,他发现了由带有Rett综合征突变的细胞生长的类器官的神经元活性的差异。在四个月的生长后,当这些类有机物有芥菜种子那么大时,它们的细胞显示出一种类似于早产儿的电子模式2。他说,这表明类有机物是人类发展的良好模式。

一些研究人员说这个结论是仓促的。

“只是在神经网络中发现间歇性活动并不意味着它是早产大脑的模型,”临床神经生理学家说Sampsa Vanhatalo他领导了这项针对早产儿的研究工作。

muotri耸了耸肩。不仅如此,他已经在一个更雄心勃勃的项目上设定了他的景点:创造可以学习的有机体。

然而,有机体学习或有意识的想法来自一些专家的怀疑。

表明细胞骨专家说,暗示细胞球有能力延长任何类型的复杂思想。植物Vaccarino他是耶鲁大学神经科学教授。

但是其他人说,设定这样的目标以一种只会使科学更好的方式推动科学的边界。

“随着科学的进步,它留下了一些问题,让人们思考,让人们迟疑,”他说Hongjun歌,宾夕法尼亚大学神经科学教授。“这对该领域非常有利。”

虽然其他人辩论了他的野心的优点,但Muotri正在前进。存储在他手机上的视频采用了一个穿着一英尺宽的独立机器人,在霓虹灯线上覆盖,在一个房间来回狼吞虎咽。无人机,机器人的生物学瞳孔指示其每一个举动:机器人的肢体响应于计算机而移动,又转动从孵化器中的有机体接收信号。

机器人随机踩到墙壁上,暗示信号不配位。一天,Muotri说,他会产生产生有意义信号的有机体。通过机器人的感官反馈(例如,从击中障碍物),有机体可能会改变其射击模式 - “学习”是 - 将机器人围绕障碍物。

“也许他有什么锦囊妙计,”纳索尔说。“我相信,如果真有人能做到这一点,那可能就是在Muotri的实验室里。”


引用:
  1. muotri a.r.et al。P鹏。Natl一种CAD。S.ci。102.,18644-18648(2005)PubMed
  2. 史蒂文森。et al。科学。代表。7.,12969(2017)PubMed