【导语】科学家在最新研究中，不依赖动物材料与生物涂层，利用新型聚乙二醇（PEG）支架材料培育出功能性神经网络的类脑组织，相关成果发表于《先进功能材料》。该技术为神经药物检测提供新途径，有望减少动物实验，未来或构建更复杂模型乃至器官级培养系统，助力人类生物学和疾病机制研究。
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(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(yán)究(jiū)模(mó)式(shì)。
该(gāi)技(jì)术(shù)的(de)核(hé)心(xīn)是(shì)一(yī)种(zhǒng)由(yóu)常(cháng)见(jiàn)聚(jù)合(hé)物(wù)聚(jù)乙(yǐ)二(èr)醇(chún)（PEG）制(zhì)成(chéng)的(de)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(dǎo)该(gāi)研(yán)究(jiū)的(de)美(měi)国(guó)加(jiā)州(zhōu)大(dà)学(xué)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)指(zhǐ)出(chū)，这(zhè)是(shì)现(xiàn)有(yǒu)脑(nǎo)组(zǔ)织(zhī)平(píng)台(tái)的(de)一(yī)个(gè)主要(yào)缺(quē)陷(xiàn)。相(xiāng)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，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(wéi)结(jié)构(gòu)，使(shǐ)得(de)原(yuán)本(běn)惰(duò)性(xìng)的(de)PEG材(cái)料(liào)被(bèi)供(gōng)体(tǐ)脑(nǎo)细(xì)胞(bāo)识(shi)别(bié)并(bìng)利(lì)用(yòng)，最(zuì)终(zhōng)构(gòu)建(jiàn)出(chū)具(jù)有(yǒu)功(gōng)能(néng)性(xìng)的(de)神(shén)经(jīng)网(wǎng)络(luò)。
这(zhè)种(zhǒng)多(duō)孔(kǒng)结(jié)构(gòu)不(bù)仅(jǐn)为(wèi)细(xì)胞(bāo)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(zhí)接(jiē)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(tuán)队(duì)计(jì)划(huà)扩(kuò)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(shì)开(kāi)发(fā)一(yī)套(tào)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(xìng)神(shén)经(jīng)网(wǎng)络(luò)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(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(zhèng)的(de)大(dà)脑(nǎo)一(yī)样(yàng)，展(zhǎn)示(shì)良(liáng)好(hǎo)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。