【导语】美国加州大学研究团队在最新一期《先进功能材料》发文称，其首次在不使用动物来源材料及生物涂层的情况下，成功培育出具功能性神经网络的类脑组织。该技术以新型聚乙二醇支架为核心，通过创新微流控技术形成仿生三维多孔结构，为细胞生长提供理想环境，有望替代传统动物实验，推动神经疾病研究与药物检测迈向新阶段。
科学(xué)家(jiā)首(shǒu)次(cì)在(zài)不(bù)使(shǐ)用(yòng)任(rèn)何(hé)动(dòng)物(wù)来(lái)源(yuán)材(cái)料(liào)或(huò)添(tiān)加(jiā)生(shēng)物(wù)涂(tu)层(céng)的(de)情(qíng)况(kuàng)下(xià)，成(chéng)功(gōng)培(péi)育(yù)出(chū)具(jù)有(yǒu)功(gōng)能(néng)性(xìng)神(shén)经(jīng)网(wǎng)络(luò)的(de)类(lèi)脑(nǎo)组(zǔ)织(zhī)。这项发表于最新一期《先进功能材料》的突破性进展，为神经药物检测提供了更可控、更人道的新途径，有望减少甚至替代传统依赖动物实验的研究模式。
该技术的核心是一种由常见聚合物聚乙二醇（PEG）制成的新(xīn)型(xíng)支(zhī)架(jià)材(cái)料(liào)。PEG以(yǐ)其(qí)化(huà)学(xué)惰(duò)性(xìng)著(zhe)称(chēng)，通(tōng)常(cháng)情(qíng)况(kuàng)下(xià)，活(huó)细(xì)胞(bāo)无(wú)法(fǎ)在(zài)其(qí)表(biǎo)面(miàn)附(fù)着(zhe)和(hé)生(shēng)长(zhǎng)，除(chú)非(fēi)借(jiè)助(zhù)层(céng)黏(nián)连(lián)蛋(dàn)白(bái)或(huò)纤(xiān)维(wéi)蛋(dàn)白(bái)等(děng)动(dòng)物(wù)来源的生物涂层。然而，这些涂层成分复杂且定义不明确，严重影响实验的可重复性和可靠性。领导该研究的美国加州大学研究团队指出，这是现有脑组织平台的一个主要缺陷。相比(bǐ)之(zhī)下(xià)，新(xīn)开(kāi)发(fā)的(de)PEG支(zhī)架(jià)通(tōng)过(guò)精(jīng)巧(qiǎo)的(de)结(jié)构(gòu)设(shè)计(jì)，完(wán)全摆(bǎi)脱(tuō)了(le)对(duì)这(zhè)类(lèi)生(shēng)物(wù)涂(tu)层(céng)的(de)依(yī)赖(lài)。
团(tuán)队(duì)采用(yòng)一(yī)种(zhǒng)创(chuàng)新(xīn)的(de)微(wēi)流(liú)控(kòng)技(jì)术(shù)，让(ràng)水(shuǐ)、乙(yǐ)醇(chún)和PEG溶液通过嵌套的玻璃毛细管流动。当混合物到达外层水流时，其成分会自发分离，随后一道闪光瞬间固化，将这种分离状态锁定，从而形成一个错综复杂、相互连通的多孔迷宫结构。正是这种仿生的三维结构，使得原本惰性的PEG材料被供体脑细胞识别并利用，最终构建出具有功能性的神经网络。
这种多孔结构不仅为细胞提供了附着和生长的物理支撑，其孔隙还能高效循环氧气和养分，为细胞的存活、增殖和分化提供了理想的微环境。团队表示，这种设计更接近真实的脑组织生物学环境，因此能更好地引导和控制细胞行为。一旦细胞在支架中成熟，它们便能展现出供体特异性的神经活性，这意味着可直接在培养皿中，利用来自特定患者的细胞来模拟和研究创伤性脑损伤、中风或阿尔茨海默病等神经疾病，并直接评估针对这些疾病的药物疗效和毒性。
目前，该类脑组织模型的尺寸约为两毫米宽，尚处于初步阶段。未来，团队计划扩大模型的规模，以构建更复杂的脑区模型。同时，他们也在探索将这一技术应用于其他器官。他们的长期愿景是开发一套相互连接的、器官级别的培养系统，以模拟人体内不同器官之间的相互作用。
【总编辑圈点】
人工合成一个带有功能性神经网络的大脑有多难？本文介绍的复杂研究经历或能窥豹一斑。而在该成果的基础上，新型脑组织平台开始逐渐完善，最终能像真正的大脑一样，展示良好的稳定性、长寿命和功能性。再将这样的系统“互联”成人体组织，科学家将能观察一种治疗对不同组织的影响，以及一个器官的病变如何波及另一个器官，从而为更全面、更深入地理解人类生物学和疾病机制。