Cell Stem Cell | 上海科技大学向阳飞等合作开发新型的丘脑类器官

人脑类器官为人脑发育和病理的几个方面建模提供了独特的平台。然而，目前的大脑类器官系统大多缺乏分辨率来概括具有次区域身份的更精细大脑结构的发展，包括丘脑中功能不同的细胞核。

2023年4月4日，耶鲁大学In-Hyun Park及上海科技大学向阳飞共同通讯在Cell Stem Cell（IF=25）在线发表题为“Generation of ventralized human thalamic organoids with thalamic reticular nucleus”的研究论文，该研究报道了一种具有丘脑网状核的腹侧人丘脑类器官的生成方法。

尽管近年来在类器官领域取得了重大进展，但在模拟具有次区域身份的复杂大脑区域（例如，丘脑或海马体亚区域的不同细胞核）方面仍存在重大挑战：例如，丘脑分为大约60个核，每个核都与调节不同功能的其他脑区有独特的连接。其中一个核，即丘脑网状核(TRN)，是丘脑腹侧(也称为丘脑下丘脑)的主要部分，由一层薄薄的抑制性GABA能神经元组成，战略性地位于皮层和丘脑背侧之间。由于其位置和细胞性质，TRN向丘脑皮层连接提供抑制性反馈，并在控制感觉信息流、注意力选择和睡眠节奏生成方面发挥重要作用。

因此，TRN功能障碍与许多神经发育障碍的睡眠障碍、注意力缺陷和感觉异常有关，包括注意力缺陷/多动障碍(ADHD)、智力障碍(ID)和自闭症谱系障碍(ASDs)。虽然动物研究为TRN功能提供了有价值的信息，但在生理和疾病背景下，人们对发育中的人脑中TRN的发育和功能知之甚少。因此，有必要建立一个可靠的体外模型来研究TRN发育和功能的人类特异性特征，并进一步了解TRN相关疾病的病理生理学。

机理模式图（图源自Cell Stem Cell ）

三维(3D)脑类器官提供了生理相关的体外系统，以检查人类大脑发育和疾病。人类多能干细胞(PSCs)衍生的区域特异性类器官加速了人们对人类大脑不同区域如何发育的理解。先前，作者们证明了具有区域特征的丘脑类器官(ThOs)的生成，其区域特征类似于人类丘脑的背侧分裂。

该研究报告了一种将人胚胎干细胞(hESCs)转化为具有转录多样化核身份的丘脑腹侧类器官(vThOs)的方法。值得注意的是，单细胞RNA测序揭示了先前未实现的具有丘脑网状核(TRN)特征的丘脑模式，即位于丘脑腹侧的GABA能核。利用vThOs，该研究探索了TRN特异性疾病相关基因修补结构域包含1 (PTCHD1)和受体酪氨酸蛋白激酶(ERBB4)在人类丘脑发育中的功能。PTCHD1或ERBB4的扰动损害vThOs的神经元功能，尽管不影响整体丘脑谱系的发展。综上，vThOs提出了一个理解人脑丘脑中核特异性发育和病理的实验模型。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(23)00078-4

转自：“iNature”微信公众号

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