【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，首次在不使用动物来源材料和生物涂层的情况下，用常见聚合物聚乙二醇制成新型支架，借助创新微流控技术构建出具有功能性神经网络的类脑组织，为神经药物检测提供新途径，有望减少甚至替代动物实验，未来还计划扩大规模、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(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(hé)PEG溶(róng)液(yè)通(tōng)过(guò)嵌(qiàn)套(tào)的(de)玻(bō)璃(lí)毛(máo)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)，其成分会自发分(fēn)离(lí)，随后(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(fù)杂(zá)、相(xiāng)互(hù)连(lián)通(tōng)的(de)多(duō)孔(kǒng)迷(mí)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(xíng)为(wèi)。一(yī)旦(dàn)细(xì)胞(bāo)在支架中成熟，它们便能展现出供体特异性的神经活(huó)性(xìng)，这(zhè)意(yì)味(wèi)着(zhe)可(kě)直(zhí)接(jiē)在(zài)培(péi)养(yǎng)皿(mǐn)中(zhōng)，利(lì)用(yòng)来(lái)自(zì)特(tè)定(dìng)患(huàn)者(zhě)的(de)细(xì)胞(bāo)来(lái)模(mó)拟(nǐ)和(hé)研(yán)究(jiū)创(chuàng)伤(shāng)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(bān)。而(ér)在(zài)该(gāi)成(chéng)果(guǒ)的(de)基(jī)础(chǔ)上(shàng)，新(xīn)型(xíng)脑(nǎo)组(zǔ)织(zhī)平(píng)台(tái)开(kāi)始(shǐ)逐(zhú)渐(jiàn)完(wán)善(shàn)，最(zuì)终(zhōng)能(néng)像(xiàng)真(zhēn)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。