【导语】科学家在最新研究中取得突破，于《先进功能材料》发文称，在不使用动物来源材料和生物涂层的情况下，成功用常见聚合物聚乙二醇制成新型支架材料，培育出具功能性神经网络的类脑组织，为神经药物检测提供新途径，有望减少动物实验，未来还将扩大模型规模、探索多器官应用。
科学家首次在不使用任何动物来源材料或添加生物涂层的情况下，成功培育出具有功能性神经网络的类脑组织。这项发表(biǎo)于(yú)最(zuì)新(xīn)一(yī)期(qī)《先(xiān)进(jìn)功(gōng)能(néng)材(cái)料(liào)》的(de)突(tū)破(pò)性(xìng)进(jìn)展(zhǎn)，为(wèi)神(shén)经(jīng)药(yào)物(wù)检(jiǎn)测(cè)提(tí)供(gōng)了(le)更(gèng)可(kě)控(kòng)、更(gèng)人(rén)道(dào)的(de)新(xīn)途(tú)径，有(yǒu)望(wàng)减(jiǎn)少(shǎo)甚(shén)至(zhì)替(tì)代(dài)传(chuán)统(tǒng)依(yī)赖(lài)动(dòng)物(wù)实(shí)验(yàn)的(de)研究模式。
该技术的核心是一种由常见聚合物聚乙二醇（PEG）制成的新型支架材料。PEG以其化学惰性著称，通常情况下，活细胞无法在其表面附着和生长，除非借助层黏连蛋白或纤维蛋白等动物来源的生物涂层。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。相比之下，新开发的PEG支架通过精巧的结构设计，完全摆脱了对这类生物涂层的依赖。
团队采用一种创新的微流控技术，让水、乙醇和PEG溶液通过嵌套的玻璃毛细(xì)管(guǎn)流(liú)动(dòng)。当(dāng)混(hùn)合(hé)物(wù)到(dào)达(dá)外(wài)层(céng)水(shuǐ)流(liú)时(shí)，其(qí)成(chéng)分(fēn)会(huì)自(zì)发(fā)分(fēn)离(lí)，随(suí)后(hòu)一(yī)道(dào)闪(shǎn)光(guāng)瞬(shùn)间(jiān)固(gù)化(huà)，将(jiāng)这(zhè)种(zhǒng)分(fēn)离(lí)状(zhuàng)态(tài)锁(suǒ)定(dìng)，从(cóng)而(ér)形(xíng)成(chéng)一(yī)个(gè)错(cuò)综(zōng)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(xiāng)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。