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復旦大學的邵志成團隊成功復活了冷凍18 個月的人類大腦類器官，直接破了低溫技術(shù)領(lǐng)域紀錄，登上了Cell子刊。
冷凍保存是一種將生物樣品在低溫下保存的有效方法，使其能夠在長期儲存期間保持其結(jié)構(gòu)和功能。近年來，冷凍保存技術(shù)在神經(jīng)科學研究領(lǐng)域得到了廣泛應用，特別是用于保存人腦組織和神經(jīng)類器官。
人腦組織和神經(jīng)類器官是研究神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育和疾病的寶貴資源。然而，這些組織非常脆弱，容易在常溫下發(fā)生降解。冷凍保存可以有效地防止這些組織的降解，使其能夠在未來進行研究。
本文將介紹人腦組織和神經(jīng)類器官的有效冷凍保存方法。講述了冷凍保存的基本原理和步驟。然后，討論了影響冷凍保存效果的因素，包括冷凍速率、保護劑的使用和解凍過程。最后，介紹了一些用于冷凍保存人腦組織和神經(jīng)類器官的最新技術(shù)。
實驗步驟
這項技術(shù)，是低溫技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，為改進神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究方法鋪平了道路。本月，復旦大學邵志成博士團隊的這篇工作，也正式登上了 Cell 子刊。
人腦組織模型和類器官在研究和模擬人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面至關(guān)重要。然而，長期培養(yǎng)的類器官高昂的維護成本限制了它們的廣泛應用。因此，開發(fā)腦組織和類器官的低溫保存方法迫在眉睫。
本研究建立了一種使用甲基纖維素、乙二醇、DMSO 和 Y27632（稱為 MEDY）的冷凍保存皮質(zhì)類器官的方法，該方法不會破壞神經(jīng)細胞結(jié)構(gòu)或功能活動。
MEDY 可用于多種腦區(qū)特異性類器官，包括背/腹前腦、脊髓、視囊泡腦和癲癇患者來源的腦類器官。此外，MEDY 還能夠?qū)崿F(xiàn)人類腦組織樣本的冷凍保存，解凍后仍能保留病理特征。轉(zhuǎn)錄組分析表明，MEDY 可以保護突觸功能并抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)介導的細胞凋亡途徑。MEDY 將實現(xiàn)各種神經(jīng)類器官和活體腦組織的大規(guī)模、可靠儲存，并促進廣泛的研究、醫(yī)療應用和藥物篩選。
免疫熒光染色成像技術(shù)顯示了解凍的大腦類器官
對此，英國伯明翰大學的 João Pedro Magalhães 教授表示，自己被震撼到了。
要知道，腦細胞是非常脆弱，對壓力極其敏感的。而團隊采用的方法卻可以成功防止細胞死亡，甚至讓它們保留功能，這不得不說是一項奇跡。
Magalhães 教授大膽預言，我們現(xiàn)在完全可以想象這樣的場景 ——幾十年或幾個世紀后，絕癥患者可以被冷凍保存，等待有治愈方法的那天。宇航員可以被冷凍，醒來時就已經(jīng)被送到了其他星系。
為何MEDY能保存脆弱的腦組織細胞呢？
MEDY能夠有效保存脆弱的腦組織細胞，主要是因為它利用了特定的化合物組合，這些化合物能夠保護細胞免受冷凍過程中的損傷。具體來說，MEDY包括甲基纖維素、乙二醇、DMSO和Y27632，這些成分共同作用，能夠：
提供物理保護：甲基纖維素能形成保護層，減少冰晶對細胞的物理傷害。
維持滲透平衡：乙二醇和DMSO作為穿透性低溫保護劑，幫助細胞維持滲透平衡，防止細胞因脫水而死亡。
抑制細胞死亡：Y27632作為ROCK抑制劑，可以抑制冷凍引起的細胞凋亡路徑，提高細胞存活率。
圖 1. MEDY 冷凍保存技術(shù)的建立
圖 2. MEDY 對皮質(zhì)類器官功能結(jié)構(gòu)的保護
圖 3. 正常和 MEDY 皮質(zhì)類器官中細胞多樣性的 RNA 測序和單細胞測序分析
圖 4. 通過鈣成像和 MEA 技術(shù)檢測正常和MEDY皮質(zhì)類器官的功能活動
圖 5. MEDY 冷凍保存可用于長期培養(yǎng)的皮質(zhì)類器官和 SP 類器官的保護
圖 6. MEDY 冷凍保存適用于癲癇兒童來源的皮質(zhì)類器官和活腦組織的保存
圖 7. RNA 測序揭示了MEDY冷凍保存技術(shù)背后的基因表達變化
文章來源：https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2024.100777