约翰霍普金斯大学的科学家们培育出微型人脑，开启自闭症x新研究

约翰·霍普金斯大学的科学家们培育出了一种前所未有的类器官，它模拟了完整的人脑，拥有基本的血管和神经活动。这种新的“多区域脑类器官”连接不同的大脑区域，产生电信号并模拟早期大脑发育。通过观察这些微型大脑的进化，研究人员希望揭示自闭症或精神分裂症等疾病的起源，甚至以前所未有的方式在动物模型上测试治疗方法。

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为什么要建造“多区域类脑”？

传统的脑类器官（brain organoids）多数只能模拟大脑的某一部分，如大脑皮层，缺乏跨区域相互作用与血管系统支持。现实中，人脑发育、功能与病理往往依赖多脑区协同活动与神经—血管网络的紧密结合。单一区域类器官无法忠实还原这种复杂性。

此次研究突破点在于，团队不仅同时产生前脑、中脑、后脑三个独立区域，还植入了与之协同发育的多样化血管细胞，包括内皮祖细胞、成熟内皮细胞、周细胞、增殖性血管生成细胞及基质细胞，使得血管系统具备结构复杂性与功能潜能。这种多模态三位一体设计，为类脑器官提供了更接近真实人脑的生理基础。

“我们已经培育出下一代脑类器官，”该研究的主要作者、约翰霍普金斯大学生物医学工程系助理教授安妮·卡图里亚 (Annie Kathuria) 说道。她研究的是大脑发育和神经精神疾病。“你在论文中看到的大多数脑类器官都只涉及一个大脑区域，比如皮层、后脑或中脑。我们培育出了一个初步的全脑类器官；我们称之为多区域脑类器官 (MRBO)。 ”

这项研究发表在《先进科学》（Advanced Science）杂志上，标志着科学家们首次能够构建一个由大脑各个区域组织连接并协同运作的类器官。拥有一个基于人类细胞的大脑模型将为研究精神分裂症、自闭症以及其他影响全脑的神经系统疾病开辟可能性——这些研究通常在动物模型上进行。

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细胞“原生整合”的实验过程

为了生成全脑类器官，Kathuria 和她的团队成员首先在不同的培养皿中分别培养来自大脑不同区域和原始血管的神经细胞。然后，研究人员用粘性蛋白质（这种蛋白质充当生物强力胶）将这些部分粘合在一起，使组织形成连接。随着这些组织开始生长，它们开始产生电活动，并以网络形式进行响应。

这个多区域微型脑类器官保留了多种类型的神经元细胞，其特征与40天大的人类胎儿的大脑相似。在实验室制作的微型脑中，大约80%的正常细胞类型在人类大脑发育早期阶段都能得到表达。与真正的大脑相比，这些类器官要小得多——只有600万到700万个神经元，而成人大脑则有数百亿个神经元——这为研究全脑发育提供了一个独特的平台。

研究人员还观察到早期血脑屏障的形成，血脑屏障是一层包围大脑并控制哪些分子可以通过的细胞。

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神经类疾病治疗的新纪元

“如果你想了解神经发育障碍或神经精神障碍，我们需要研究人类细胞模型，但我不能仅仅为了研究自闭症就要求一个人让我窥视他们的大脑，”卡图里亚说。“全脑类器官让我们能够实时观察疾病的发展，观察治疗是否有效，甚至可以根据个体患者定制治疗方案。”

研究人员表示，使用全脑类器官测试实验药物也可能有助于提高临床试验的成功率。大约85%到90%的药物在I期临床试验中失败。对于神经精神类药物，失败率接近96%。这是因为科学家在药物研发的早期阶段主要研究动物模型。全脑类器官更接近人类大脑的自然发育过程，可能成为更好的测试对象。

该项研究开创了脑类器官技术的新局面：它不再只构建“迷你大脑”区域，而是融合了脑结构与血管——提供了一种接近真实发育状态的三维神经血管模拟平台。这一突破不仅是神经发育研究的新工具，也将对未来脑机接口、精准药物开发乃至脑科治疗策略产生深远影响。

文章来源：Science Daily

论文来源：DOI 10.1002/advs.202503768