【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与生物涂层的情况下，成功培育出具功能性神经网络的类脑组织。该技术以新型PEG支架为核心，通过创新微流控技术形成仿生三维多孔结构，为细胞提供理想微环境。此成果有望替代传统动物实验，助力神经疾病研究与药物检测，未来还将拓展至其他器官模型构建。
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(rán)而(ér)，这(zhè)些(xiē)涂(tu)层(céng)成(chéng)分(fēn)复(fù)杂(zá)且(qiě)定(dìng)义(yì)不(bù)明(míng)确(què)，严(yán)重(zhòng)影(yǐng)响(xiǎng)实(shí)验(yàn)的(de)可(kě)重(zhòng)复(fù)性(xìng)和(hé)可(kě)靠(kào)性(xìng)。领(lǐng)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(zǒng)编(biān)辑(ji)圈(quān)点(diǎn)】
人(rén)工(gōng)合(hé)成(chéng)一(yī)个(gè)带(dài)有(yǒu)功(gōng)能(néng)性(xìng)神(shén)经(jīng)网(wǎng)络(luò)的(de)大(dà)脑(nǎo)有(yǒu)多(duō)难(nán)？本(běn)文介(jiè)绍(shào)的(de)复(fù)杂(zá)研(yán)究(jiū)经(jīng)历(lì)或(huò)能(néng)窥(kuī)豹(bào)一(yī)斑(bān)。而(ér)在(zài)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。