大腦類器官可讓科學家在實驗室測試關於人腦組織的新藥品（來源：Jürgen Knoblich）

作者:Anthony King
譯者:Joyce Chang

在實驗室培養皿所培植的「迷你頭腦」有可能克服一些動物實驗藥品的問題，並幫助研究員找到新方法，來治療人類獨有但難以治癒的疾病，例如阿茲海默症與癲癇。

大多數的新藥品研發會使用老鼠做為試驗範例。可是，對於阿茲海默這一類的腦部異常，動物不能完全展現整體病況，只能顯示出人類病患會有的一些腦部變異症狀。這也就是說，藥品可以清除一些在老鼠大腦內的病症，但之後在治療人類病患整體病狀時，卻沒有效。

 「對於辨識出治療動物模型疾病的化合物，我們非常擅長。」Jurgen Knoblich教授是在維也納奧地利科學學院分子生物技術研究所 （Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences）的分子生物學家 ，他說：「當我們將動物的模式轉用到人類時，問題就出現了。」

最近的研究顯示，我們用於記憶、解決問題和語言的腦細胞，是來自一種不存在於老鼠的細胞類型。「大腦是人類與老鼠之間差異最大的器官，」Knoblich教授說明：「這也就是為什麼，能直接在人類模式的系統上測試藥物，將會是一個難以言喻的躍進。」

製藥公司已經損失了數億元投資，一些治療腦部病變的藥物在動物身上顯示有效，但是後來用在人類患者身上卻失敗了。這麼高的失敗率，造成新藥品上市的平均成本超過10億美元（8.5億歐元），Knoblich教授本月初在法國圖盧茲的「歐洲科學開放論壇」（Euroscience Open Forum）如此表示。

迷你頭腦

他對癲癇與小頭畸型有獨特的興趣 － 一種屬於腦部發育的異常，它會導致嬰兒一出生就有很小的頭部。對於這些疾病，他的實驗室已開發了一個替代方案－創造「迷你頭腦」。

Knoblich教授培植這些「迷你頭腦」，也被稱為大腦類器官，使用從癲癇與畸型小頭患者取下的皮膚細胞，做一些調整並還原成胚胎狀態。然後他再將這些細胞在培養皿中發育成頭腦細胞。

如此培養出來的腦組織，具有與患者相同的DNA（脫氧核糖核酸）和導致疾病的突變。「迷你頭腦」甚至能呈現出患者疾病的徵兆，例如小頭畸型中的腦組織減少。數十個白色塊狀的「迷你頭腦」可放進一個細胞培養盤，Knoblich教授用手掌就可拿起。

「在這些大腦類器官中發生的情況跟（人類）胚胎大腦是如此相似，讓我們相當驚訝。」 Knoblich教授表示：「迷你頭腦的結構體就像一個胚胎的大腦，雖然它們的架構很混亂。」

對於大腦組織的藥品測試，這些實驗室培養的微小類器官提供了一種新方法，就像在一個活生生的病患身上測試。

「一個製藥公司將可能培養出上千個類器官，並從中測試大量的化合物，」Knoblich教授表示：「類器官是一種三維的人體組織，也具有人類的生理機能。」

通過培養與阿茲海默症或癲癇患者有相同DNA突變的腦組織樣本，研究人員就能在特定狀態上測試治療效果。（來源：Knoblich教授）

棘手問題

然而他也做出警告，這些所謂的「腦部類器官」 －他比較傾向使用的名稱－並不像成人的大腦，而像是塊狀的腦組織。「迷你頭腦」無法察覺、思考或做任何類似有意識的事，但是它們可以為我們指路，來治療這些棘手又常見的腦部病變。

有一種疾病可以從這種治療方式受益，那就是阿茲海默症。雖然已有上百種可能治療阿茲海默症的方式經過臨床實驗，但是能夠對抗這種破壞性疾病的藥品還是很少。

藉由讓製藥公司看見他們的化合物直接用在人體組織上的效果，實驗室培養的「迷你頭腦」有望加速尋找新治療的過程。

科學家們正在進行一項名為「STEMMAD」的計畫，使用「迷你頭腦」來研究阿茲海默症、帕金森病以及額顳葉癡呆。

他們培養「迷你頭腦」的方式有兩種。第一種類似於Knoblich教授的作法，就是使用特種疾病患者的皮膚細胞，來培養出具有DNA突變的腦組織。他們也使用基因組編輯來修正這些突變，這意味著他們可以產生有病和沒病的組織，以便於比較樣本。

另一個方法是使用匿名的、健康的人體細胞來培養「迷你頭腦」，再把疾病編入。這種方法的優點就是，避免了一些在處理特定患者時出現的道德和資料保護的問題，也讓「迷你頭腦」更容易被製藥公司用來做研究。

Poul Hyttel教授是在丹麥的哥本哈根大學（University of Copenhagen）的幹細胞科學家，也是「STEMMAD」計畫的統籌人，他說：「這些公司能提供不同的腦細胞株給生物醫藥產業，而他們可以在腦細胞株上測試各種化合物，看看它們如何影響疾病。我們希望這些人體神經元的模式會比老鼠的模式好得多。」

 

突變

這個計畫已經做了一些藥物測試，用在以這種方式培養的二維和三維「迷你頭腦」，而且都有阿茲海默症相關的突變。這些結果預計在今年稍晚公佈。

Knoblich教授相信，研發大腦類器官將有助於降低開發藥品的成本，也在一般的健康研究上帶來重大影響。

「藥物研究的成本以倍數增加，導致許多大製藥公司在最近五到十年前，就完全關閉了它們的神經科學計畫，」他表示：「我們應該思考這對人類健康意味著什麼。」

目前他希望能夠培養出來的大腦組織，可幫助研究者更深入了解常見的精神疾病，例如癲癇、自閉症與精神分裂症。

「我相信我們將會看到全面的革新，最終促成的情況就是，生物學與醫學不再是個別分開的學科了。」Knoblich教授補充說：「新的藥品、新的治療方式，都是有希望的。」

文章來源：https://medicalxpress.com/news/2018-07-mini-brains-drugs-brain-disorders.html