科技日?qǐng)?bào)訊 （記者陳丹）美國(guó)生物工程師近日成功創(chuàng)建出三維腦狀組織，其功能和結(jié)構(gòu)特征類似于大鼠的腦組織，并可在實(shí)驗(yàn)室中存活兩個(gè)多月。他們還首次展示了這個(gè)類腦組織的應(yīng)用潛力，可研究顱腦損傷后立即發(fā)生的化學(xué)和電變化，以及藥物反應(yīng)引起的變化。該組織可為研究正常腦功能以及腦損傷和疾病提供一個(gè)高質(zhì)量模型，并有助于開發(fā)針對(duì)腦功能障礙的新療法。

　　塔夫茨大學(xué)組織工程資源中心主管戴維·卡普蘭博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》網(wǎng)絡(luò)版上報(bào)告說，他們創(chuàng)建的這個(gè)功能性3D類腦組織能夠呈現(xiàn)大腦灰質(zhì)（神經(jīng)元細(xì)胞體聚集而成）和白質(zhì)（軸突聚集而成）的區(qū)分。由于不同腦損傷和疾病影響的區(qū)域不同，理想的大腦模型就需要能夠復(fù)制這種灰質(zhì)和白質(zhì)隔離的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)8月11日（北京時(shí)間）報(bào)道，培養(yǎng)這個(gè)類腦組織的關(guān)鍵在于利用具有不同物理屬性的兩種生物材料創(chuàng)建一個(gè)新型復(fù)合結(jié)構(gòu)：一個(gè)由絲蛋白制成、供神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)的海綿狀支架，以及一種基于膠原蛋白、為軸突生長(zhǎng)提供便利的柔軟凝膠。

　　為了實(shí)現(xiàn)灰質(zhì)和白質(zhì)的區(qū)分，研究團(tuán)隊(duì)將海綿支架切成甜甜圈的形狀，并用大鼠神經(jīng)元填充，然后在“甜甜圈”的中央放入凝膠，凝膠隨即會(huì)滲透并遍布支架。短短幾天后，神經(jīng)元便在支架的孔隙周圍形成功能性網(wǎng)絡(luò)，并“吩咐”較長(zhǎng)的軸突穿過中央凝膠與另一側(cè)的神經(jīng)元連接。其結(jié)果是，“甜甜圈”的中間形成白質(zhì)區(qū)域，鮮明地區(qū)別于周圍的灰質(zhì)。

　　研究團(tuán)隊(duì)利用在2D實(shí)驗(yàn)皿中以及僅在膠原蛋白基凝膠環(huán)境下培育的神經(jīng)元進(jìn)行了幾周的比較實(shí)驗(yàn)，以確定這個(gè)3D類腦組織中神經(jīng)元的健康狀況和功能。他們發(fā)現(xiàn)，3D類腦組織中的神經(jīng)元在生長(zhǎng)和功能方面都出現(xiàn)了基因的高表達(dá)。此外，這些神經(jīng)元能夠維持長(zhǎng)達(dá)五周的穩(wěn)定代謝活性，而僅在凝膠環(huán)境下生長(zhǎng)的神經(jīng)元在24小時(shí)內(nèi)便開始惡化。在功能上，3D類腦組織中的神經(jīng)元發(fā)出了與完整大腦中所見的電活性和反應(yīng)類似的信號(hào)，包括針對(duì)一種神經(jīng)毒素表現(xiàn)了典型的電生理學(xué)響應(yīng)模式。

　　借助這個(gè)類腦組織進(jìn)行的創(chuàng)傷性腦損傷研究也顯示，記錄下的神經(jīng)元電化學(xué)活性的變化與動(dòng)物研究通常觀察到的結(jié)果類似。卡普蘭說，利用一個(gè)組織模型來研究創(chuàng)傷性腦損傷比進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)更具優(yōu)勢(shì)，“你基本上可以實(shí)時(shí)追蹤組織對(duì)創(chuàng)傷的反應(yīng)”。

　　為了使該組織模型更像大腦，研究團(tuán)隊(duì)最近還將“甜甜圈”改造為包含6個(gè)同心環(huán)的支架，每一個(gè)環(huán)中能夠填充不同類型的神經(jīng)元，以此模仿?lián)碛?層的人類大腦皮質(zhì)。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　如同馬鈴薯繁殖，神經(jīng)元集合的“塊莖”中，鉆出新芽，抽出新枝，直到枝繁葉茂，克隆出新腦。它或許奇形怪狀，不像人腦，但仍是最復(fù)雜的人造神經(jīng)組織。目前科學(xué)家只是用它做一些簡(jiǎn)單的反射實(shí)驗(yàn)。但未來它說不定會(huì)比人腦更厲害，因?yàn)槠浯笮〔皇茱B骨限制。考慮到人腦操縱的機(jī)器已有雛形，人造腦又有突破，“軟腦硬殼”的生物機(jī)械統(tǒng)一體，走出科幻電影或許不會(huì)用時(shí)太久。