IPSC诱导分化的全脑类器官（Induced Pluripotent Stem Cell-Derived Whole Brain Organoids, iPSC-WBOs）是一种利用诱导多能干细胞（iPSCs）通过定向分化和自组织形成的，旨在模拟人脑整体结构和功能的三维（3D）细胞模型。这类模型旨在重现大脑不同区域的细胞组成、神经网络连接、功能区域划分以及部分高级认知功能。以下是对IPSC诱导分化的全脑类器官的详细介绍：1. iPSC来源与维持：

•细胞重编程：成体细胞（如皮肤成纤维细胞、血液细胞等）通过导入特定转录因子（如Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc或其改良版本）转化为iPSCs，具有与胚胎干细胞相似的多能性。

•iPSC培养与扩增：维持iPSCs在特定培养条件下未分化状态，保持其多能性并进行扩增。

2. 神经祖细胞诱导与分化：

•神经前体细胞生成：通过调控培养基中的生长因子、小分子化合物等，引导iPSCs定向分化为神经祖细胞（neural progenitor cells, NPCs）。

•区域特异性分化：进一步调整培养条件，利用时空诱导策略（如梯度添加分化因子、立体培养、生物力学刺激等），促使NPCs分化为模拟不同脑区（如前脑、中脑、后脑、小脑等）特性的神经元和胶质细胞。

特性与应用：

1. 结构与功能模拟：

   •多脑区组成：iPSC-WBOs包含模拟不同脑区特性的神经元（如兴奋性神经元、抑制性神经元）、星形胶质细胞、少突胶质细胞等，形成类似大脑皮层、海马、丘脑等区域的结构特征。

   •神经网络形成：类器官内部神经元之间形成突触连接，形成初级和次级神经回路，甚至展现出跨脑区的长距离投射。•电生理活动：分化出的神经元具有自发或诱发的电生理活动，可记录到动作电位、局部场电位等电信号，部分模型还能表现出自发或刺激诱发的网络级同步活动。

2.  疾病建模：

   •遗传性疾病：通过引入患者特异性的遗传突变，iPSC-WBOs可用于模拟神经发育障碍（如自闭症、精神分裂症、癫痫等）、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病等）等，研究疾病发病机制、筛选治疗药物。•复杂疾病模型：结合CRISPR/Cas9等基因编辑技术，构建携带复合突变或表观遗传修饰的类器官，研究复杂神经疾病的病理过程。

3.  药物筛选与毒性测试：

   •高通量筛选：利用iPSC-WBOs平台进行药物筛选，评估候选药物对神经细胞功能、神经网络、信号通路的影响，预测药物疗效与神经毒性。

   •个性化药物筛选：基于患者特异性的iPSC-WBOs，可进行个体化药物敏感性测试，为精准神经精神疾病治疗提供依据。

4. .基础神经科学研究：

   •神经发育与演化：研究早期神经系统的形成、神经元迁移、神经网络构建等过程，揭示大脑发育的分子机制和调控因素。

   •高级认知功能探索：尽管目前全脑类器官尚不能完全模拟人脑的复杂功能，但随着技术进步，部分模型已展现出简单的学习、记忆、感知等功能，为研究高级认知功能的细胞和网络基础提供平台。

体外定向分化神经元和网络化

体外构建脑类器官

脑类器官中特异性基因表达上升

脑类器官的免疫荧光鉴定