“迷你大脑”打破围墙，为疾病机制研究和药物

作者: 365bet亚洲体育   点击次数:    发布时间: 2025-10-23 09:17

科技日报记者 张梦然 人脑的复杂性是研究神经系统疾病和开发有效治疗方法的重大挑战。随着人们对大脑认识的加深，传统的细胞培养模型显得过于简单化，动物模型无法准确反映人脑的生物学特性。为了打破这一瓶颈，“迷你大脑”应运而生。美国麻省理工学院的研究团队开发了前所未有的三维人脑组织平台，并首次在体外系统中完全整合了六种主要的人脑细胞类型。 它是目前最接近真实人脑的体外模型。这种创新模型不仅是大脑基本结构和功能特征的修复，而且是可定制的，为机制研究和药物开发提供了强大的工具神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）的发展。第一个源自含有六种细胞的人脑的大脑模型，人体脑组织的全新三维平台被称为“多细胞整合脑”（Mibrain）。这是第一个将人脑所有六种主要细胞类型整合到单一培养系统中的体外模型，包括神经元、星形胶质细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞、内皮细胞和周细胞。这些细胞一起形成一个功能性神经血管单元，模仿真实大脑中细胞相互作用的复杂环境。 Mibrains 是从个体捐献者的诱导多能干细胞 (IPSC) 分化而来的，能够复制人脑组织的关键生理特性，例如神经信号传导、免疫反应和血脑功能。其主要创新点在于基于水凝胶的“神经矩阵”，为各种脑细胞提供结构支撑，促进功能通过模仿天然细胞外基质的成分（包括多糖、蛋白聚糖和基底膜蛋白）来促进神经元的成熟。科学家们通过反复实验优化了六种细胞类型的比例，以确保它们能够在三维环境中自组装成组织单元。这一过程不仅恢复了人脑细胞的空间分布和相互作用，也为后续的疾病建模和药物测试奠定了坚实的基础。支持精确的疾病建模和个性化研究 Mibrains 的主要优势之一是其高度模块化的设计。由于六种细胞类型在体外分别组装然后组合，人们可以对特定细胞类型进行基因编辑，以精确控制模型的遗传背景。这种灵活性使得米脑能够用于模拟由特定遗传变异引起的病理状态，同时排除其他遗传混杂因素因素。利用这一特性，科学家们构建了携带不同载脂蛋白 e (apoE) 基因型的“迷你大脑”。 ApoE是一种多态性蛋白，是人体内最重要的脂质转运蛋白。它被认为与心血管疾病、阿尔茨海默病等密切相关。科学家发现，当apoe4仅存在于星形胶质细胞且其他细胞携带非危险形式的apoe3时，Mibrains仍然表达与阿尔茨海默病淀粉样蛋白和磷酸化Tau蛋白积累相关的蛋白。这表明单独携带 apoe4 的星形胶质细胞足以驱动主要的病理过程。这种病理变化取决于星形胶质细胞和小胶质细胞之间的分子串扰。科学家们发现，当 Mibrains 中的小胶质细胞缺失时，磷酸化 Tau 蛋白的水平会显着降低。当两种细胞的培养基混合时，Tau 的磷酸化增加，但应用单独使用并没有这样的效果。这项研究成果的重要性看似只停留在理论阶段，但实际上并不局限于实验室。这是首次在人类模型中偶然证实了两种类型的胶质细胞在 tau 病理学发展中需要协同作用，对未来的治疗具有重要的指导意义。此外，mibrains源自个体IPSC，具有实现个性化建模的潜力。每个模型虽然比一枚硬币还小，但可以批量生产，适合下一步高通量药物筛选和个性化医学探索。药物开发新范式“迷你大脑”的出现，标志着脑科学研究向接近人类生理现实迈出了重要一步。长期以来，传统的单细胞或少数细胞类型的培养系统无法捕获大脑中多细胞的复杂相互作用网络。虽然动画所有模型都是整体性的，转化往往会因物种差异而失败。 Mibrains 将体外模型的可访问性与体内系统的复杂性结合起来，为理解大脑功能和疾病机制提供了新的途径。 Mibrains已经证明了其在阿尔茨海默病领域的应用价值，并计划未来进一步升级其功能，例如引入微流控系统来模拟血流动力学，并与单细胞RNA测序技术相结合，深化神经元异质性分析。这些改进将使模型更接近活体大脑的工作状态。科学家认为，“迷你大脑”有望加速新药靶点的发现、优化Dismap药物输送、提高临床前测试的准确性。更重要的是，该平台可以为不同患者打造个性化的“迷你大脑”，为开发“个性化大脑模型”打开了大门。瓦随着技术的不断拓展，包括Mibrains在内的一批体外模型将成为神经疾病研究和精准医疗发展的重要基础。