河北
研究人员研发出一种新型低成本、可扩展的传感器，可用于监测人类大脑类器官中的电活动。由于电信号是理解大脑功能的关键，这一进展推动了对神经发育和天使综合征等遗传疾病的研究。
人类大脑类器官是毫米级组织，由大脑不同区域中常见的细胞类型组成。它们通过培养干细胞制成。这些类器官对许多研究领域都很重要，因为它们让研究人员能够用动物模型做不到的方法研究神经系统细胞和组织的行为。
例如，天使综合征是一种与发育迟缓、智力障碍、言语障碍和运动问题相关的遗传疾病。由于研究人员无法对人类发育中的大脑进行研究，人类大脑类器官成为理解导致该疾病的遗传活动以及开发治疗方法的重要平台。
北卡罗来纳州立大学电气与计算机工程助理教授、相关论文的共同通讯作者阿迈·班多卡尔表示：“动物模型并不能真实反映人脑的复杂性，这也是为什么人脑类器官对脑研究这么有吸引力。”相关论文发表在《npj生物传感》上。
论文第一作者、北卡罗来纳州立大学博士生娜维娅·米什拉说：“人类脑类器官研究面临的一个挑战是，不同类器官样本之间差别可能很大。所以，要得到有生物学意义的结果，就需要大量的样本。”
“然而，目前类器官研究中使用的传感器因为制作材料和生产工艺本身就很贵。这就造成了经费紧张，结果研究人员在特定研究里常常只用不到10个类器官。”
"我们这项工作的目标是开发一种性能良好、能低成本地大规模生产、易于使用的传感器，"该论文共同通讯作者、北卡罗来纳州立大学化学与生物分子工程学副教授Albert Keung表示。
为了应对这些挑战，研究人员开发了一种名为CAMEO的设备——用于监测类器官电生理学的共形阵列。该设备由12根碳纳米管丝构成，它们被排列成篮子形状悬浮。这些碳纳米管经过特殊处理，以保持材料的柔韧性及其对电信号的敏感性。实际使用时，类器官就像鸡蛋放在篮子里一样悬浮在CAMEO中。每根丝线的末端都是裸露的，形成电极，用来检测类器官的电信号。然后，信号通过碳纳米管丝传输到记录电活动的设备。
在概念验证实验中，研究人员证明CAMEO能够监测类器官中的电活动，能检测到对生物学研究至关重要的低振幅信号，还能检测信号变化，这些变化由刺激神经系统电活动的化学物质所触发。
“这项工作非常跨学科，并且很大程度上得益于Navya将电气工程与神经发育生物学原理相结合的探索精神，”Keung表示。
“我们已经证明，CAMEO的性能与以往用于监测类器官电活动的技术相当，”Mishra说。“最大的区别在于，我们的微电极阵列使用了相对廉价的材料，制造起来也容易得多，因此成本大幅降低。这让规模化更容易，让研究人员能够进行更大规模的研究。”
“希望许多实验室能采用CAMEO，因为标准化的数据收集格式能让研究界更轻松地共享数据——毕竟大家都用同一个即插即用系统，”Mishra表示。
了解更多：Navya Mishra 等人，《碳纳米管微电极阵列实现脑类器官的可扩展且易获取的电生理记录》，npj Biosensing（2026年）。DOI: 10.1038/s44328-026-00088-9
本文最初发表于Medical Xpress。
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