这一发现为治疗神经系统疾病和了解大脑进化提供了可能性，同时也暗示了未来在人体器官移植中使用类似技术所面临的临床应用和伦理挑战。

科学家利用大鼠细胞再生小鼠的神经通路

两个独立的研究小组利用来自大鼠干细胞的神经元成功恢复了小鼠的大脑回路。这项研究最近发表在《细胞》杂志上，为大脑组织发育提供了重要见解，并为恢复因疾病和衰老而丧失的大脑功能开辟了新的可能性。

纽约哥伦比亚大学教授、两篇论文之一的资深作者克里斯汀·鲍德温 ( ) 表示：“这项研究有助于证明大脑在使用合成神经回路恢复大脑功能方面具有潜在的灵活性。”鲍德温的团队利用小鼠干细胞恢复了小鼠的嗅觉回路及其功能。嗅觉回路是大脑中相互连接的神经元，负责嗅觉。

跨物种基因工程及其意义

“能够从一个物种中生成另一个物种的脑组织可以帮助我们了解不同物种的脑发育和进化，”达拉斯德克萨斯大学西南医学中心副教授、另一篇论文的通讯作者吴军说。吴教授的团队开发了一个基于该基因的平台，可以有效识别驱动特定组织发育的特定基因。他们通过沉默小鼠前脑发育所需的基因，然后使用大鼠干细胞恢复组织来测试该平台。

小鼠和大鼠是两种截然不同的物种，它们独立进化了大约 2000 万到 3000 万年。在之前的实验中，科学家能够通过一种称为囊胚补充的过程用大鼠干细胞取代小鼠的胰腺。为了使这个过程发挥作用，研究人员将大鼠干细胞注入小鼠囊胚——由于基因突变而缺乏发育胰腺能力的早期胚胎。然后，大鼠干细胞发育成缺失的胰腺并补充其功能。

脑组织再生取得突破

然而，迄今为止，尚未有报道称，使用来自不同物种的干细胞通过囊胚互补产生脑组织。现在，吴的团队利用 Hesx1 测试了七种不同的基因，发现敲除 Hesx1 可以可靠地产生没有前脑的小鼠。该团队随后将大鼠干细胞注入 Hesx1 基因敲除小鼠的囊胚中，大鼠细胞填充了这些细胞，形成了小鼠前脑。大鼠的大脑比小鼠大，但大鼠衍生的前脑的发育速度和大小与小鼠相同。此外，大鼠神经元能够将信号传递到邻近的小鼠神经元，反之亦然。

研究人员没有测试大鼠干细胞的前脑是否会改变小鼠的行为。吴说：“目前还没有很好的行为测试来区分大鼠和小鼠。但从我们的实验来看，这些拥有大鼠前脑的小鼠似乎并没有表现出任何不同。”

高级应用和未来前景

在另一项研究中，鲍德温的团队利用特定基因杀死或抑制小鼠嗅觉神经元，并将大鼠干细胞注入小鼠胚胎。这种抑制模型模拟了一种神经发育障碍，其中某些神经元无法与大脑很好地沟通。杀伤模型完全去除神经元，模拟一种退行性疾病。

他们发现，囊胚补体修复小鼠嗅觉神经回路的方式因模型而异。当小鼠神经元存在但被沉默时，与杀戮模型相比，大鼠神经元有助于形成更有组织的大脑区域。然而，当研究小组通过训练这些鼠鼠嵌合体寻找埋在笼子里的饼干来测试它们时，大鼠神经元在挽救杀戮模型中的行为方面表现最好。

表示：“这一令人惊讶的结果让我们能够研究两种疾病模型之间的差异，并尝试找出有助于恢复这两种脑部疾病功能的机制。”她的团队还使用嗅觉系统正常的小鼠的细胞在疾病模型小鼠中测试了囊胚互补。他们发现，在这两种模型中，种内互补都挽救了饼干实验的结果。

探索医学前沿

“目前，人们正在临床试验中接受干细胞衍生的神经元移植，以治疗帕金森病和癫痫。这种疗法的效果如何？患者和移植细胞之间的不同遗传背景会造成障碍吗？这项研究提供了一个系统，我们可以在这个系统中评估比临床试验更大规模的同种异体大脑互补的潜力。”

囊胚互补距离在人体临床应用还有很长的路要走，但两项研究都表明，来自不同物种的干细胞可以与宿主的大脑同步发育。

科学家们还尝试利用囊胚互补技术在其他物种（如猪）体内培育人体器官。去年，科学家利用人类干细胞在猪体内培育出胚胎肾脏，为众多等待器官移植的人们提供了一种潜在的解决方案。

“我们的目标是在猪器官中增加一定比例的人类细胞，以改善器官接受者的治疗效果。但目前，在临床试验中测试这一技术之前，我们仍需要克服许多技术和道德挑战。”

除了这些研究的医学意义之外，研究小组还对使用这种方法来研究许多无法在实验室环境中获得的野生啮齿动物的大脑感兴趣。

“世界上有超过 2,000 种啮齿动物。其中许多动物的行为与我们通常在实验室中研究的啮齿动物不同，”吴说。“物种间神经母细胞互补可能为研究这些物种的大脑如何发育、进化和运作打开大门。”

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