
用人脑发育参照检查长期培养的变化
加州大学洛杉矶分校(University of California, Los Angeles,UCLA)、斯坦福大学(Stanford University)等团队在 2021 年报道人诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)来源皮层类器官的长期成熟度研究。他们考察持续培养后,模型是否出现与人脑出生前后相对应的分子和功能变化。
团队将类器官的基因表达轨迹与 BrainSpan 人脑发育数据比较。培养 250–300 天时,模型开始出现出生后阶段的表达特征,300 天之后这种对应更明显。这些结果用于判断所测发育特征与培养时长的关系。
DNA 甲基化预测年龄与培养时长也存在相关性。不过,这一时钟没有针对类器官组织和所用检测阵列校准,因此无法精确确定培养年龄。
受体亚基变化与电流反应对应
研究发现,N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体中由 GRIN2B 和 GRIN2A 编码的亚基比例随培养阶段改变。RNA 与蛋白测量均在约 250–300 天出现转换,提示受体组成随成熟阶段变化。
团队在类器官切片中,对已标记的神经元进行全细胞电压钳记录,比较早期 54–156 天与晚期 307–523 天的 NMDA 反应。电流幅度随培养时长增加,相关系数为 0.63,表明分子变化伴随受体功能变化。
ifenprodil 抑制比例随培养时间下降
团队进一步使用 10 μM ifenprodil,这是一种针对含 GluN2B 亚基 NMDA 受体的阻断剂,该亚基由 GRIN2B 编码。药物使 NMDA 电流下降,但抑制比例随分化时长增加而减小,与早期模型较多的 GluN2B 相关功能相符。
药理分析共记录 25 个细胞,来自 25 个皮层球状体及 2 个 iPSC 细胞系,每个球状体记录 1 个细胞。研究用带 logit 连接函数的 beta 回归分析抑制比例与培养时长的关系,p 值为 0.00158。
记录期间监测接入电阻,变化超过 15% 的记录被排除。这项质量控制用于避免记录不稳定影响抑制比例的比较。
培养阶段与长期异质性影响模型选择
同类人源模型在不同培养阶段,对同一受体阻断剂的反应存在差别。这项比较为神经药物模型的选择提供功能参照,使培养阶段、目标受体与实际电流反应能够一并评价。
作者报告,培养超过 400 天后不同类器官之间的变异增加,部分细胞系缺少完整时间序列,某些神经活动相关基因轨迹在后期与人脑参照的一致性下降。长期培养达到部分出生后特征,也仍需考虑这些具体异质性。