【导语】科学家在最新一期《先进功能材料》发表突破性成果：不依赖动物材料与生物涂层，用新型聚乙二醇支架培育出功能性神经网络的类脑组织，为神经药物检测提供新途径，有望革新传统动物实验模式，未来或构建器官级培养系统，助力深入理解人类生物学与疾病机制。
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(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(hé)物(wù)到(dào)达(dá)外(wài)层(céng)水(shuǐ)流(liú)时(shí)，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(gōng)了(le)附(fù)着(zhe)和(hé)生(shēng)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(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(de)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)、长(zhǎng)寿(shòu)命(mìng)和(hé)功(gōng)能(néng)性(xìng)。再(zài)将(jiāng)这(zhè)样(yàng)的(de)系(xì)统(tǒng)“互(hù)联(lián)”成(chéng)人(rén)体(tǐ)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。