OsloMet Kjeller 校区的玻璃入口、校名与前方道路。
Oslo Metropolitan University 的 Kjeller 校区入口,2023 年资料图。(Thesam / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

先确定模型需要呈现的偏头痛表型

2024 年 2 月,任职于挪威 Oslo Metropolitan University 与丹麦 Aalborg University 的 Parisa Gazerani 在 Medical Research Archives 撰文,讨论人源脑类器官用于偏头痛药物开发的可能性。作者关注的是建模与评价条件,希望借助人源细胞研究疾病相关过程,并据此寻找候选药物。

偏头痛不同阶段涉及丘脑皮层网络、视觉皮层、下丘脑和脑干等区域。作者建议围绕具体问题选择脑区和细胞模型,以异常钙活动、神经元高反应性等特征作为待建立的表型,进而分析药物对这些过程的影响。

结合成像与转录信息,分析细胞群的药物反应

文章讨论定向与非定向脑类器官,以及由多个组织单元组成的组装体(assembloids)。作者认为,不同脑区在偏头痛发作过程中的作用各异,按脑区建立模型更有助于检验具体病理假设;患者来源细胞则可用于研究遗传背景相关的差异。

在检测方面,作者建议把系统化图像分析与转录信息结合,观察神经元和胶质细胞的变化,并利用单细胞测序进一步分析候选药物对不同细胞群的影响。

每个筛选批次都要有可比较的对照

培养基成分、培养过程中的剪切力,以及诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSCs)的供者遗传背景,都可能影响类器官的大小与细胞状态。作者提出,药筛前需要建立可重复的表型标准,区分疾病相关变化与培养过程中随机出现的异常。

文章建议每批筛选设置健康来源多能干细胞对照,并根据研究问题加入经过遗传校正的同基因背景对照。健康对照用于检查类器官生成过程,同基因背景比较则有助于减少供者之间遗传差异的干扰。模型中稳定、可比较的变化,才便于继续分析药物作用。

药物通透与神经血管反应需要分别评价

血脑屏障(blood–brain barrier,BBB)会影响候选物进入脑组织的程度。作者把屏障类器官的通透评价与脑类器官中的细胞作用研究并列讨论;对于偏头痛模型,还提出引入胶质细胞、内皮细胞和周细胞,以研究神经免疫及神经血管相互作用。

这些应用还需要解决模型成熟度、细胞相互作用、微环境与批次一致性问题。文章将可扩展培养、高通量兼容和动态流动等列为改进方向,并提出通过微流控组合不同组织单元。偏头痛特异性表型及其评价标准的建立,是作者设想这类模型用于稳定药筛的前提。

来源与延伸阅读

  1. Human Brain Organoids in the Preclinical Phase of Drug Development for Migraine. Medical Research Archives. 2024. ↗