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#类器官#（organoids）是科学家们在实验室利用干细胞分化成的三维组织（3D-tissues），与人体器官具有高度的相似性。类器官技术的产生，为科学家研究各种组织的功能提供了强大的工具。人脑类器官（humanbrainorganoids）是诱导多能干细胞（inducedpluripotentstemcell,iPSCs）在模拟大脑发育环境的培养液中分化产生的类似人脑的三维组织，它可以用来研究发育、疾病或药物效果，为研究和理解大脑功能及神经疾病的发生提供了前所未有的机遇。
眼睛的发育是一个非常复杂的过程，理解其发育过程，对于早期视网膜疾病的研究意义重大。虽然已有研究成功诱导出纯粹的视网膜类器官可以组装视泡样结构，但其功能和结构与体内正常发育的视泡相差甚大。在正常胚胎发育过程中，视网膜原基起源于前脑区域的间脑两侧，随后突出隆起并在间脑远端内陷，进而产生视泡。因此，科学家们猜想，视网膜类器官的不完善是否与前脑组织缺失有关。
年8月17日，来自德国杜赛尔多夫海因里希海涅大学的JayGopalakrishnan团队在CellStemCell杂志在线发表了题为Humanbrainorganoidsassemblefunctionallyintegratedbilateralopticvesicles的研究论文。通过修改将iPSCs转化为神经组织的培养条件，研究人员成功地在大脑类器官中诱导出了双侧对称视杯（opticcup，视觉系统的组成部分之一），并发现这种结构可以感知光线，同时将信号发送给大脑的其他区域。
由iPSCs诱导产生大脑类器官的技术已经趋于成熟，研究人员发现脑类器官中也会表达一些和视网膜或眼睛相关的基因，但是它们始终不能发育成为可见的视觉结构。那么是否可以通过修改iPSCs培养条件，使脑类器官中产生与视觉相关的结构呢？因此，研究人员在之前的培养条件上进行了调整：首先采用一个较低的细胞密度（诱导产生一个类器官的iPSCs起始数量为1×）开始诱导培养；随后在神经外胚层扩展时期，在培养基中添加不同浓度（0-nM）的醋酸视黄醇（retinolacetate）。培养30天左右，添加60nM醋酸视黄醇培养的组织中产生了有颜色的结构（pigmentedstructures），很可能就是原始的“眼睛”（图1）。通过免疫荧光染色，研究者在这些类器官的有色区域检测到眼睛相关标识基因：RAX，Pax6和FOXG1的明显表达。进一步分析发现，在SOX2阳性的内陷区域，FOXG1呈现梯度表达，说明这些类器官中的视觉区域与前脑区分离，这与人胚胎发育过程中的眼睛发育过程一致。
图1视泡脑类器官（OVB-Organoids）培养步骤
当这些类器官培养到50-60天时，原始的“眼睛”发展成为了一个或两个成熟可见的类视神经泡结构（图2），这样的类器官被称为视泡脑类器官（opticvesiclebrainorganoids,OVB-organoids）。研究者利用来自于5个不同捐赠者（donors）的iPSCs（共20批次）均可以稳定诱导产生OVB类器官（成功率：donor1-91%；donor2-65%;donor3-70%;donor4-43%;donor5-40%），说明OVB类器官的诱导是高度可重复的。进一步的研究发现，OVB类器官中包含丰富的神经细胞群（神经元、小胶质细胞和视网膜细胞等）及非神经细胞群（例如晶状体和角膜组织）。将OVB中的视觉结构与胚胎视网膜和视网膜类器官进行比较，发现三者的细胞类群特征非常类似。
图2.具有双侧对称视泡的大脑类器官（培养60天）
随后，该研究对OVB类器官中“眼睛”的功能进行了深入探索。为了证实OVB类器官中是否存在成熟的、有功能的神经元，研究人员进行了全细胞膜片钳记录实验（whole-cellpatchclamprecording）。在OVB类器官的神经元细胞中可以检测到明显的自发动作电位（actionpotentials），同时发现这些动作电位对河豚毒素（tetrodotoxin,TTX,钠通道抑制剂）时而敏感时而抵抗，说明OVB类器官中的神经元细胞是有功能的，其中有一部分是视网膜细胞（特异性表达TTX抵抗的电控钠通道）。通过视网膜电图记录（electroretinography,ERG），研究人员对视网膜信号进行了量化分析，随着光强度的增加，ERG振幅增大，说明OVB类器官能对光线作出反应。进一步分析发现，OVB类器官中的视网膜结构与大脑相应区域相连，能将光感信号通过电活性传递到大脑其他区域的神经元网络中。最后，研究人员表示，目前OVB类器官只能存活60天，时间较短，希望能在未来的研究中开发出一种新的策略，使OVB类器官能够存活更长的时间，从而更好地研究视网膜疾病的发生机制。
该研究首次将视网膜结构在功能上整合到大脑类器官中，在体外系统中再现了视网膜神经节的神经纤维向外延伸，与大脑目标区域相连接的过程。这一系统可以帮助人们研究胚胎发育过程中“脑-眼”相互作用，同时为视网膜疾病的发生机制探究和治疗提供强有力的工具，为无数被视网膜疾病困扰的患者带来了根治的希望。
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