一群自由漂浮的微型大脑克隆体正朝你走来。
不，这并不是一部经典科幻大片的前提。相反，哈佛大学的一个研究小组已经找到了一种“克隆”类脑器的方法。从这个意义上说，每个脑团，不管它来自哪种类型的干细胞，都几乎发育成类似于胎儿大脑皮层的组织。不，他们并不是复制粘贴一个小大脑来制作更多的——相反，研究小组发现了一种方法，可以可靠地制作数百个三维大脑模型，而它们的细胞成分几乎没有变化。
如果这听起来像一个大大的“meh”，就这样想。微型大脑就像它们模仿的器官一样，是精致的雪花，每个雪花都有自己独特的细胞构成。当然，没有两个人类的大脑是完全相同的，即使是双胞胎的大脑也是如此。然而，我们的noggins在最初的发育过程中确实遵循了一个相对固定的路径，最终得到了可预测的结构、细胞类型和连接。
但对于小脑袋就不一样了。“到目前为止，每一种细胞都以一种一开始无法预测的方式，形成了自己独特的细胞类型组合，”研究作者PaolaArlotta博士解释道。
通过从多个微型大脑中编译细胞图谱，她的团队基本上找到了一个蓝图，引导来自不同基因和性别起源的干细胞发育成非常相似的结构，至少在细胞组成方面是如此。换句话说，他们养了一群一模一样的兄弟姐妹；但它们不是人，而是自由漂浮的大脑团块。
请放心，这不是一个新的邪恶科学家控制大脑的计划。要想让类脑器在神经科学中发挥作用——例如，了解自闭症或精神分裂症是如何出现的——科学家们需要大量近乎相同的测试对象。这就是为什么双胞胎在研究中极具价值：其他条件(几乎)相同，它们有助于隔离个体治疗或环境变化的影响。
阿洛塔说：“现在有可能将‘对照’类有机物与我们已知与疾病有关的突变体进行比较。”“这将让我们更加确定哪些差异是有意义的。”
如何培养大脑
作者提出了一个稍微不同的问题：是否有可能在子宫外可靠地长出一个大脑？
你可能会问“为什么不呢？”毕竟，科学家们研究类脑器已经有五年了。但是，尽管具体的指令通常是相似的，但最终得到的微型大脑却并非如此。
这是经典的食谱。科学家们从收获的干细胞开始，将它们植入凝胶状的支架中，然后小心翼翼地将它们放入特制的化学汤中，以推动细胞分裂、迁移和成熟成小球。然后这些组织块被转移到一个缓慢旋转的生物反应器中——想象一下一个巨大的高科技奶昔机。轻柔地旋转使液体保持良好的氧合状态。六个月后，这些灰白色的组织颗粒会膨胀到几毫米，或者是你手指宽度的十分之一，里面充满了相互连接的脑细胞。
这是一种“把所有的原料都放进锅里，看看会发生什么”的方法，在学术上更被称为“非指导方法”。由于科学家不会干扰脑球的生长，该协议给予干细胞最大的自由进行自组织。它还允许干细胞随机选择脑细胞的类型——神经元、胶质细胞、免疫细胞——它们最终会变成什么。上帝可能不会掷骰子，但子宫外的干细胞肯定会。
这是有问题的。根据最初的干细胞群、培养条件，甚至是特定的批次，最终产生的微型大脑中，细胞类型的比例以独特的方式排列，是高度不可预测的。这使得用小型大脑进行受控实验变得极其困难，这就否定了它们存在的全部理由。
与人类大脑类似，没有导航的微型大脑也会遵循DNA中的指令。给什么？
我们的大脑并不是孤立生长的。相反，它们是由子宫中无数的局部化学信使、激素和机械力引导的——所有这些在旋转的生物反应器中都是缺乏的。最近的一种方法是引导性方法：科学家在干细胞开始选择自己的命运的早期阶段，添加了大量的“外部模式因素”。这些因素基本上都是生物上的“仙尘”，它们将微型大脑结构推入一种特定的“模式”，本质上决定了它们的命运。
以这种方式生长的脑类器官，一旦成熟，通常在细胞结构上更加一致。例如，许多人持续发展大脑皮层的多条纹模式特征——大脑最外层涉及感觉、推理和其他高级认知功能。但是它们的细胞组成是否也相似呢？
研究小组首先用这两种方法培养了几十个微型大脑，为期半年。他们从来自男性和女性捐赠者的多种类型的干细胞开始：诱导多能干细胞，这是一种返回到青春阶段的皮肤细胞，不朽的人类胚胎干细胞，以及其他。
然后，他们仔细分析了在多个时间点产生的类脑的基因组成，以跟踪它们的生长。研究小组使用了一种非常强大且越来越流行的工具——单细胞RNA测序，它为了解每个单细胞的基因表达提供了宝贵的视角。
他们总共分析了21个类器官中超过10万个细胞的基因指纹，并将这些数据与现有数据库进行比对，以找出这些细胞的身份。最后，研究小组绘制出每一种细胞类型在每一种分析器官中的分布。
不出所料，那些用非引导方法生长的细胞到处都有细胞结构。但在有指导的方法下——尤其是那些被称为“背纹”类型的方法——95%的细胞“几乎无法分辨”。更重要的是，这些微型大脑也遵循着惊人的相似的发展轨迹，不同的细胞类型在几乎相同的时间点出现。甚至它们的细胞起源也无关紧要：从不同干细胞中生长出来的类有机物在它们最终的细胞居住者中是一致的。
结论？我们的大脑并不需要胚胎来产生所有的细胞多样性；完全有可能在子宫外可靠地长出类脑。
研究结果对于研究自闭症、癫痫和精神分裂症等神经系统疾病大有裨益。科学家们认为，这些复杂疾病的根本原因在于胎儿大脑发育的紊乱。到目前为止，原因还不清楚。
使用指导下的“背图案”配方，研究小组现在可以从患者的干细胞中培养出类有机化合物，或者通过基因工程技术改变病理突变来研究它们的效果。因为这项研究证明了以这种方式制造的微型大脑非常相似，研究人员将能够确定风险因素，并测试潜在的治疗方法，而不用担心由微型大脑多样性引起的生物噪音。
阿洛塔已经在探索各种可能性。利用CRISPR，她计划在干细胞中编辑可能与自闭症有关的基因，并把它们培养成微型大脑。使用同样的技术，她也可以将“控制”类有机物作为实验的基线。
她说，我们现在可以“更迅速地采取具体的干预措施，因为它们将引导我们找到导致这种疾病的特定基因特征。”“我们将能够提出更精确的问题，关于在精神疾病的背景下，哪里出了问题。”
