【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。其核心是新型PEG支架材料，经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。该成果有望减少动物实验，助力神经疾病研究与药物评估，未来还将拓展至其他器官，构建器官级培养系统。
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(wù)来(lái)源的生物涂层。然而，这些涂(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(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(kǒng)隙(xì)还(hái)能(néng)高(gāo)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(gè)器(qì)官(guān)，从(cóng)而(ér)为(wèi)更(gèng)全面(miàn)、更(gèng)深(shēn)入(rù)地(de)理(lǐ)解(jiě)人(rén)类(lèi)生(shēng)物(wù)学(xué)和(hé)疾(jí)病(bìng)机(jī)制(zhì)。