科研人員成功培育出具有功能性神經網絡的類腦組織
科學家首次在不使用任何動物來源材料或添加生物涂層的情況下，成功培育出具有功能性神經網絡的類腦組織。這項發表于最新一期《先進功能材料》的突破性進展，為神經藥物檢測提供了更可控、更人道的新途徑，有望減少甚至替代傳統依賴動物實驗的研究模式。
該技術的核心是一種由常見聚合物聚乙二醇（PEG）制成的新型支架材料。PEG以其化學惰性著稱，通常情況下，活細胞無法在其表面附著和生長，除非借助層黏連蛋白或纖維蛋白等動物來源的生物涂層。然而，這些涂層成分復雜且定義不明確，嚴重影響實驗的可重復性和可靠性。領導該研究的美國加州大學研究團隊指出，這是現有腦組織平臺的一個主要缺陷。相比之下，新開發的PEG支架通過精巧的結構設計，完全擺脫了對這類生物涂層的依賴。
圖片來源：AI生成
團隊采用一種創新的微流控技術，讓水、乙醇和PEG溶液通過嵌套的玻璃毛細管流動。當混合物到達外層水流時，其成分會自發分離，隨后一道閃光瞬間固化，將這種分離狀態鎖定，從而形成一個錯綜復雜、相互連通的多孔迷宮結構。正是這種仿生的三維結構，使得原本惰性的PEG材料被供體腦細胞識別并利用，最終構建出具有功能性的神經網絡。
這種多孔結構不僅為細胞提供了附著和生長的物理支撐，其孔隙還能高效循環氧氣和養分，為細胞的存活、增殖和分化提供了理想的微環境。團隊表示，這種設計更接近真實的腦組織生物學環境，因此能更好地引導和控制細胞行為。一旦細胞在支架中成熟，它們便能展現出供體特異性的神經活性，這意味著可直接在培養皿中，利用來自特定患者的細胞來模擬和研究創傷性腦損傷、中風或阿爾茨海默病等神經疾病，并直接評估針對這些疾病的藥物療效和毒性。
目前，該類腦組織模型的尺寸約為兩毫米寬，尚處于初步階段。未來，團隊計劃擴大模型的規模，以構建更復雜的腦區模型。同時，他們也在探索將這一技術應用于其他器官。他們的長期愿景是開發一套相互連接的、器官級別的培養系統，以模擬人體內不同器官之間的相互作用。
總編輯圈點
人工合成一個帶有功能性神經網絡的大腦有多難？本文介紹的復雜研究經歷或能窺豹一斑。而在該成果的基礎上，新型腦組織平臺開始逐漸完善，最終能像真正的大腦一樣，展示良好的穩定性、長壽命和功能性。再將這樣的系統“互聯”成人體組織，科學家將能觀察一種治療對不同組織的影響，以及一個器官的病變如何波及另一個器官，從而為更全面、更深入地理解人類生物學和疾病機制。
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