主要的人类大脑发育是由空间和时间上调控的基因表达波所定义的转录程序协调而成。这些基因表达模式通过调控元件的动态变化和表观基因组重塑进行了紧密协调，确保了不同神经细胞类型的及时出现以及神经系统的逐渐成熟。在人类中，大脑的发育和成熟的速度比大多数其他物种要慢得多，皮质神经元需要多年才能达到完全成熟。这种延长的时间线在所有从人类多能干细胞（hPS细胞）体外生成的细胞类型中得以保留，包括皮质神经元，指向一个细胞内在的时钟，设定了大脑发育的节奏，尽管其分子机制和功能意义仍有待阐明。最近的研究显示，表观遗传障碍在维持人类神经元成熟的缓慢时间上具有重要意义，而物种特异性的线粒体代谢速率在影响发育节奏方面也扮演着角色。理论上，人类类器官可以被用来研究人类大脑成熟的这些过程，但现有模型在很大程度上重现了早期的发育过程，大多数研究并没有在足够长的时间跨度内跟踪类器官。有报告将类器官培养长达694天，利用大规模RNA测序（RNA-seq）和甲基化阵列对整个类器官进行了分析。然而，已知不同细胞类型在培养中长期存活的能力存在变异，尤其是神经元群体。此外，除了细胞类型的持续存在外，还需要了解像神经元结构和协调电路活动等结构和功能特征是否在培养多年后仍然存在。因此，重要的是在这些扩展时间线上解析和分析个体细胞群体及其功能特征。在缺乏细胞类型特异性知识的情况下，并且在没有更长的成熟时间线的前提下，我们目前缺乏对许多人类大脑个体细胞类型在体外成熟的机制的理解，以及它们是否能像在体内一样测量和记录时间。在这里，我们开发了在培养中超过5年的成人皮质类器官，并将单细胞转录信息与表观遗传、结构和功能数据整合，以建立一个跨越前所未有的时间跨度的发育和成熟的综合地图。数据表明，人类大脑类器官在遵循内源性里程碑的同时记录时间的流逝，并使用类似的表观遗传机制。重要的是，旧类器官中的祖细胞可以回忆时间的流逝，就像已经发生过的发育记忆一样，以生成晚期后代，而无需重复早期发育步骤。这项工作展示了类器官中不同细胞可以在相当长的时间内发育并能够记录和回忆其发育年龄。这些系统提供了丰富的数据，涵盖了人类大脑在出生后发育的诸多难以捉摸的时期。皮质类器官在培养中适当地老化。人类大脑类器官的发育和成熟遵循了内源性人类大脑慢而耐幼的节奏，这需要许多年才能成年。迄今为止，类器官在几个月的时间跨度内进行的研究居多，尚不清楚它们是否能够在培养中继续成熟和老化多年，从而模拟人类大脑出生后成熟的某些方面，这些方面在实验上仍然主要难以接触。为了探讨这种可能性，我们利用之前发布的协议，将人类大脑皮层类器官培养超过5年。为了表征这些长期培养中单个细胞类型的细胞组成和分子特征，我们使用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析对在6个月、9个月和1、1.5、2、3、4和5年收集的34个单个类器官进行了特征分析，并将这些数据与我们之前发布的从15天到6个月中的76个单个类器官的已发布数据集整合（图1a,b，方法和补充表1；总计110个类器官，来自34个新数据集和76个之前生成的数据集；n = 424,720个细胞）。图1：皮质类器官在长期培养中经历逐步成熟。a，类器官时间序列（n值在方法中描述）。比例尺，1毫米。b，使用UMAP的scRNA-seq数据，根据皮质类器官的年龄上色。n = 424,720个细胞，跨越16个时间点。c，将内源性围产期人类组织的年龄范围映射到每个皮质类器官时间点的细胞，通过标签转移。m.p.c.，受孕后月份。