IPSC誘導分化的全腦類器官（Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Whole Brain Organoids, iPSC-WBOs）是一種利用誘導多能干細胞（iPSCs）通過定向分化和自組織形成的，旨在模擬人腦整體結構和功能的三維（3D）細胞模型。這類模型旨在重現(xiàn)大腦不同區(qū)域的細胞組成、神經(jīng)網(wǎng)絡連接、功能區(qū)域劃分以及部分高級認知功能。以下是對IPSC誘導分化的全腦類器官的詳細介紹：1. iPSC來源與維持：
?細胞重編程：成體細胞（如皮膚成纖維細胞、血液細胞等）通過導入特定轉(zhuǎn)錄因子（如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc或其改良版本）轉(zhuǎn)化為iPSCs，具有與胚胎干細胞相似的多能性。
?iPSC培養(yǎng)與擴增：維持iPSCs在特定培養(yǎng)條件下未分化狀態(tài)，保持其多能性并進行擴增。
2. 神經(jīng)祖細胞誘導與分化：
?神經(jīng)前體細胞生成：通過調(diào)控培養(yǎng)基中的生長因子、小分子化合物等，引導iPSCs定向分化為神經(jīng)祖細胞（neural progenitor cells, NPCs）。
?區(qū)域特異性分化：進一步調(diào)整培養(yǎng)條件，利用時空誘導策略（如梯度添加分化因子、立體培養(yǎng)、生物力學刺激等），促使NPCs分化為模擬不同腦區(qū)（如前腦、中腦、后腦、小腦等）特性的神經(jīng)元和膠質(zhì)細胞。
特性與應用：
結構與功能模擬：
?多腦區(qū)組成：iPSC-WBOs包含模擬不同腦區(qū)特性的神經(jīng)元（如興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元）、星形膠質(zhì)細胞、少突膠質(zhì)細胞等，形成類似大腦皮層、海馬、丘腦等區(qū)域的結構特征。
?神經(jīng)網(wǎng)絡形成：類器官內(nèi)部神經(jīng)元之間形成突觸連接，形成初級和次級神經(jīng)回路，甚至展現(xiàn)出跨腦區(qū)的長距離投射。?電生理活動：分化出的神經(jīng)元具有自發(fā)或誘發(fā)的電生理活動，可記錄到動作電位、局部場電位等電信號，部分模型還能表現(xiàn)出自發(fā)或刺激誘發(fā)的網(wǎng)絡級同步活動。
疾病建模：
?遺傳性疾病：通過引入患者特異性的遺傳突變，iPSC-WBOs可用于模擬神經(jīng)發(fā)育障礙（如自閉癥、精神分裂癥、癲癇等）、神經(jīng)退行性疾病（如阿爾茨海默病、帕金森病等）等，研究疾病發(fā)病機制、篩選治療藥物。?復雜疾病模型：結合CRISPR/Cas9等基因編輯技術，構建攜帶復合突變或表觀遺傳修飾的類器官，研究復雜神經(jīng)疾病的病理過程。
藥物篩選與毒性測試：
?高通量篩選：利用iPSC-WBOs平臺進行藥物篩選，評估候選藥物對神經(jīng)細胞功能、神經(jīng)網(wǎng)絡、信號通路的影響，預測藥物療效與神經(jīng)毒性。
?個性化藥物篩選：基于患者特異性的iPSC-WBOs，可進行個體化藥物敏感性測試，為精準神經(jīng)精神疾病治療提供依據(jù)。
.基礎神經(jīng)科學研究：
?神經(jīng)發(fā)育與演化：研究早期神經(jīng)系統(tǒng)的形成、神經(jīng)元遷移、神經(jīng)網(wǎng)絡構建等過程，揭示大腦發(fā)育的分子機制和調(diào)控因素。
?高級認知功能探索：盡管目前全腦類器官尚不能完全模擬人腦的復雜功能，但隨著技術進步，部分模型已展現(xiàn)出簡單的學習、記憶、感知等功能，為研究高級認知功能的細胞和網(wǎng)絡基礎提供平臺。
體外定向分化神經(jīng)元和網(wǎng)絡化
體外構建腦類器官
腦類器官中特異性基因表達上升
腦類器官的免疫熒光鑒定
