新研究表明，在小鼠胚胎中加入大鼠幹細胞可產生”混合大腦”，當小鼠的嗅覺被移除時，大鼠細胞會介入恢復其功能。這是首次使用一種動物的細胞來挽救另一種動物的感官，代表再生醫學向前邁進了一步。

大鼠（紅色）和小鼠（綠色）神經元的混合體在混合大腦中形成了環形氣味處理中心

什麼是混合大腦？聽起來像是科幻電影情節中的東西–或者是史蒂夫馬丁主演的80年代古怪喜劇–但它實際上是兩個物種細胞的結合，發育成一個完整的功能性大腦。因此，雜交腦透過創造”合成”神經迴路來恢復受損或退化大腦的功能，對於推動再生神經科學的發展非常重要。

在哥倫比亞大學歐文醫學中心研究人員領導的一項新研究中，大鼠幹細胞在發育初期就被引入到小鼠細胞中，從而產生了利用整合的大鼠細胞嗅覺的小鼠大腦。

哥倫比亞大學瓦格羅斯內外科醫學院遺傳學和發育學教授、該研究的共同通訊作者克里斯汀-鮑德溫（Kristin Baldwin）說：”我們擁有漂亮的培養皿細胞模型和稱為器官組織的三維培養物，它們都有各自的優點。移植幹細胞的其他類型的輸入。

大鼠-小鼠嵌合體的製作示意圖Throesch 等人

研究人員將大鼠胚胎幹細胞植入小鼠胚泡（受精卵分裂而成的細胞團），然後將胚泡移植到代孕小鼠媽媽的子宮內發育。儘管在進化過程中存在差異（大鼠大腦發育較慢，體積較大），但研究人員觀察到，大鼠細胞與小鼠神經元同步生長。在成熟的大鼠-小鼠或嵌合體中，大鼠細胞整合成整個小鼠大腦的神經迴路，並與小鼠神經元形成活躍的連結。

鮑德溫說：”幾乎在整個小鼠大腦中都能看到大鼠細胞，這讓我們相當驚訝。它告訴我們，插入的障礙很少，這表明許多種小鼠神經元都可以被類似的大鼠神經元取代。

接下來是測試大鼠細胞的功能能力，以及它們是否能取代受損的小鼠神經元。研究人員開發了小鼠模型，這些小鼠的嗅覺神經元（OSNs）在基因上有缺陷或被消融，即被破壞，而嗅覺神經元是檢測和傳遞氣味訊息的神經元。他們發現，大鼠細胞拯救了小鼠大腦。

鮑德溫說：”我們在每個小鼠籠子裡都藏了一塊餅乾，結果非常驚訝地發現，它們能透過大鼠神經元找到餅乾。”

然而，與OSN被破壞的小鼠相比，OSN被基因沉默（即神經元存在，但不工作）的小鼠找到餅乾的成功率較低。

這表明，增加替代神經元並非”即插即用”。如果想要獲得功能性替代神經元，可能需要清空閒置在那裡的功能障礙神經元，這可能是某些神經退化性疾病的情況，也可能是自閉症和精神分裂症等神經發育障礙的情況。研究人員在研究中遇到的一個問題是，大鼠細胞隨機分佈在不同的小鼠體內，這阻礙了他們將研究擴展到其他神經系統。目前，他們正試圖找到驅動插入細胞發育成特定細胞類型的方法，這可能會提供更高的精確度。掃清這一障礙將為創造具有靈長類神經元的混合大腦鋪平道路，這將幫助我們更接近了解人類疾病。

這項研究發表在《細胞》雜誌。