美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員成功培育出一種前所未有的“全腦”類器官。它不僅包含多個腦區的神經組織，還具備初步的血管結構——這一突破首次將各個腦區組織成功整合為一個統一運作的類器官。

該研究成果已于近日發表在《先進科學》 雜志上，為自閉癥、精神分裂癥、阿爾茨海默病等復雜神經精神疾病的研究開辟了新途徑。

全腦模型的誕生

傳統腦類器官大多只能模擬大腦的某個局部區域，如皮層、后腦或中腦。這種“單區域”模型在理解局部神經功能時有一定價值，但面對影響全腦的復雜疾病時，其局限性日益凸顯。

神經精神疾病如自閉癥和精神分裂癥，其病變往往涉及多個腦區之間的網絡連接異常。阿爾茨海默病進展中出現的病理蛋白擴散，更是一種全腦范圍的系統性病變。

“我們制造了下一代大腦類器官”，該研究的領導者安妮·卡圖里亞教授表示，“目前論文中描述的大多數大腦類器官只包含一個腦區。我們則培育出了一種初步的全腦類器官，我們稱之為多區域腦類器官（MRBO）”。

MRBO的獨特之處在于其結構和功能的完整性。研究人員創造性地采用“分步集成”策略：先在獨立培養環境中生成各腦區神經細胞及初步血管結構，再通過具有黏附性的“生物膠”蛋白將它們精密組裝。

隨著組織融合，這些分散的腦區不僅建立起生理連接，還能產生電活動，形成整體神經網絡響應能力。這種多區域整合的實現，標志著類腦模型研究邁入全新階段。

醫療研究的革命性價值

全腦類器官的出現，填補了神經精神疾病研究的關鍵空白。“精神分裂癥、自閉癥和阿爾茨海默病等疾病影響的是整個大腦，而非僅僅一個部分”，卡圖里亞教授強調。

傳統研究依賴動物模型或死后腦組織，難以捕捉疾病早期動態發展過程。而MRBO提供了觀察人腦發育的活體窗口。

“全腦類器官讓我們可以實時觀察疾病的發育過程，測試治療方法的效果，甚至為個體患者定制療法”。

在藥物開發領域，這一技術有望改變神經精神藥物研發的高失敗率困境。目前這類藥物在臨床試驗第一階段的失敗率高達96%，主要因為前期研究依賴動物模型。

“大約85%到90%的藥物在第一階段臨床試驗中失敗，而神經精神類藥物的失敗率接近96%”。

全腦類器官更貼近人腦實際發育過程，為藥物篩選提供了更可靠的人類細胞模型。特別是觀察到血腦屏障的形成跡象后，科學家可以更準確地評估藥物分子能否有效進入腦組織。

倫理邊界與未來前景

隨著類腦模型日益復雜，科學倫理問題也日益受到關注。目前MRBO僅相當于40天胎齡的人腦發育水平，其神經網絡復雜度遠未達到具備意識的程度。

但科學界已在未雨綢繆。研究人員強調，類器官研究始終遵循嚴格的倫理框架，其發育被控制在早期階段。未來隨著技術進步，建立更加完善的倫理規范將是保障這項技術健康發展的重要前提。

展望未來，全腦類器官可能在三大方向改變醫學面貌：

個體化精準醫療：利用患者自身細胞培育類器官，為每位患者定制治療方案，

藥物開發范式革新：大幅提高神經精神藥物篩選效率，降低研發成本，

疾病機制新發現：揭示自閉癥等疾病在早期發育階段的起源，發現全新治療靶點。

“如果你能了解早期發育過程中出現了什么問題，我們或許可以找到新的藥物篩選靶點”，卡圖里亞教授展望道，“我們可以在類器官上測試新藥或新療法，并確定它們是否真的有效”。

隨著印第安納大學國家中心等研究機構的跟進，全腦類器官技術正形成全球研發網絡。上海科技大學今年4月啟動的國家重點研發計劃，更將復合腦類器官模型開發列為重點攻關方向。

當科學家能在培養皿中觀察整個大腦的發育軌跡，那些曾經深不可測的神經精神疾病，終將逐漸顯露其真容。

來源: 推醫匯