新方法构建体外3D神经组织模型

新方法构建体外3D神经组织模型

可按需控制其大小及形状

利用新方法创建的不同形状的神经组织模拟物。图片来源：伊利诺伊大学格兰杰工程学院官网

科技日报华盛顿12月11日电 （记者刘海英）在最新一期《美国国家科学院院刊》中，美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校研究人员报告称，他们开发出一种构建功能性体外神经组织模拟物的新方法，利用该方法构建的三维（3D）神经组织模型，不仅能保持神经组织的电生理活性，还可根据需要将模拟物制成不同形状的模型，以适应多种平台应用。

类人体组织结构的设计、模型开发对于生物医学研究和工程应用都非常重要。与2D模型相比，3D模型在概括组织结构和功能方面更精准、有效。如能根据需要控制要创建的3D组织模型的形状和大小，则更有助于相关研究和应用开发。但就体外神经组织模型来说，要做到这一点十分困难。

此次伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校研究人员开发的新方法，使用了干细胞、纤维蛋白基质和3D打印模具。由水凝胶和纤维蛋白制成的毫米到厘米级结构，没有刚性支架，因此可以根据需要被制成多种形状。这种结构优势让模拟物具有了更大的应用空间，例如，将其放置在一个圆柱形玻璃棒上，在以前是很难做到的，但如果这个3D神经组织模型是环状的，就可以轻松达成目标。

在研究过程中，研究人员先使用了小鼠胚胎干细胞进行实验，通过优化细胞播种方案，表征构建身体内部结构，重塑细胞外基质，验证构建体电生理活性等系列研究，获取实验数据。随后，基于这些实验发现，研究人员使用源自人类胚胎干细胞的神经元来制造模型，最终完成了多种形状的3D人类神经组织模拟物的构建。

研究人员表示，他们的新方法有助于推动各种体外功能性神经组织模型的设计开发，进而提供更好的工具，帮助科学家更深刻地理解神经科学和各类神经疾病，推进疾病研究和新药开发。

点评

神经系统的损伤是一种严重影响人们生活的疾病，而目前针对这类损伤，还没有一种特效性的疗法。因为神经组织包括数量极其庞大的神经元，而它们接受刺激、传导冲动和整合信息的能力，人类至今也不能说了解透彻。鉴于此，一个源自人类胚胎干细胞的神经元形成的3D神经模型，就具有无可比拟的研究参考价值，科学家可以从中更好地了解神经讯号传递、学习以及退化的复杂过程，最终在治疗中，实现对症下药。