科学家首次成功培养出功能性类脑组织，无需使用任何动物源性材料或添加生物涂层。这一突破为更可控、更人道的神经药物测试开辟了新途径。
新型脑组织模型有望显著推动神经科学研究进展。神经组织工程的核心目标是构建高度模拟人脑结构与功能的模型，从而实现可重复的神经系统疾病研究和药物测试。
“大多数脑组织平台的缺陷在于依赖生物涂层促进细胞生长。这些动物源性涂层成分定义模糊，难以精确复制以确保测试可靠性，”领导该团队的加州大学河滨分校（UC Riverside）生物工程副教授伊曼·诺沙迪表示。
此外，当前普遍采用动物大脑进行人类相关疾病研究存在明显局限——啮齿类动物与人类大脑在基因和生理层面存在显著差异。该平台有望大幅减少甚至完全替代动物脑实验，同时契合美国食品药品监督管理局（FDA）逐步淘汰药物开发中动物测试要求的监管方向。
发表于《先进功能材料》期刊的这项新材料，可作为培养供体脑细胞的支架，适用于模拟创伤性脑损伤、中风或阿尔茨海默病等神经系统疾病。
该材料主体由化学惰性聚合物聚乙二醇（PEG）构成。通常情况下，活细胞无法在缺乏层粘连蛋白或纤维蛋白等蛋白质的情况下附着于PEG。
研究团队通过将PEG重塑为纹理化互连孔隙网络，将惰性材料转化为细胞可识别、定植并构建功能性神经网络的基质。当细胞成熟后，能展现供体特异性神经活动，使针对特定神经疾病的药物可直接接受评估。
“工程化支架的稳定性支持长期研究，”该研究主要作者、诺沙迪实验室博士生普林斯·大卫·奥科罗指出，“这在考察相关疾病或创伤时尤为关键，因成熟脑细胞更能真实反映组织功能。”
支架构建采用水、乙醇和PEG流经嵌套玻璃毛细管的工艺。当混合物抵达外部水流时，组分开始分离，闪光瞬间固化该结构并锁定多孔形态。
孔隙结构确保氧气和营养物质高效循环，为捐赠干细胞提供持续滋养。
“该材料保障细胞获取生长、组织及类脑簇内交流所需条件，”诺沙迪强调，“由于结构更贴近生物学特性，我们得以设计出对细胞行为实现精细调控的组织模型。”
研究始于2020年，由加州大学河滨分校为诺沙迪提供的启动资金支持，奥科罗的工作则获加州再生医学研究所资助。
目前支架材料直径仅约两毫米。团队正致力于扩大模型规模，并已提交聚焦肝组织的关联论文。
团队长期目标是开发互连的器官级培养系统，以模拟人体内各系统的相互作用。他们期望这些组织平台能提供与脑组织模型相当的稳定性、持久性和功能性。
“互联系统将揭示不同组织对同一治疗的反应机制，以及单个器官问题如何影响其他器官。这是迈向更全面理解人类生物学与疾病的集成化研究的重要一步，”诺沙迪总结道。
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