咨詢：蘇州賽吉生物

做神經(jīng)科學(xué)研究的同行大概都有過這樣的無奈：神經(jīng)細(xì)胞對培養(yǎng)環(huán)境極其敏感，傳統(tǒng)二維培養(yǎng)的神經(jīng)元不僅難以形成立體網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)類器官更是常出現(xiàn)結(jié)構(gòu)紊亂、功能退化的問題——要么長不出類似腦區(qū)的分層結(jié)構(gòu)，要么突觸連接稀疏，用這樣的模型研究阿爾茨海默病、帕金森病等神經(jīng)退行性疾病，根本無法還原病灶的真實(shí)病理特征。我們實(shí)驗(yàn)室在開展阿爾茨海默?。ˋD）的β淀粉樣蛋白（Aβ）沉積機(jī)制研究時(shí)，就因二維培養(yǎng)的神經(jīng)類器官模型數(shù)據(jù)不可靠，差點(diǎn)錯(cuò)失國自然重點(diǎn)項(xiàng)目的申報(bào)機(jī)會，直到引入蘇州賽吉生物SACR-G旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，才算打通了神經(jīng)建模的“任督二脈"。

一、二維神經(jīng)培養(yǎng)的“核心痛點(diǎn)"，被動態(tài)仿生環(huán)境精準(zhǔn)破解

神經(jīng)系統(tǒng)的功能依賴于精密的立體結(jié)構(gòu)：大腦皮層的分層排列、神經(jīng)元之間的突觸連接、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的支撐作用，都需要特定的微環(huán)境信號調(diào)控。傳統(tǒng)培養(yǎng)皿中，神經(jīng)干細(xì)胞貼壁分化后很快失去極性，神經(jīng)類器官常出現(xiàn)中心壞死、分層模糊的問題，關(guān)鍵功能蛋白（如突觸后致密蛋白95，PSD-95）表達(dá)量僅為原代腦組織的20%左右，導(dǎo)致病理機(jī)制研究和藥物篩選數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真。而蘇州賽吉生物SACR-G旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核心，正是為神經(jīng)細(xì)胞“復(fù)刻"體內(nèi)微環(huán)境：

水平旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的低剪切力流體場，模擬腦內(nèi)腦脊液流動的溫和力學(xué)信號，促使神經(jīng)干細(xì)胞定向分化并形成立體網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)類器官的皮層樣分層結(jié)構(gòu)清晰可見，神經(jīng)元軸突延伸長度較二維培養(yǎng)提升3倍；

高效傳質(zhì)特性解決了類器官中心缺氧難題，氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)均勻滲透至直徑200μm以上的類器官內(nèi)部，星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞等輔助細(xì)胞比例與體內(nèi)腦區(qū)高度一致。

我們做過一組關(guān)鍵對比：將人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSC）誘導(dǎo)的腦類器官分別用靜態(tài)和SACR-G培養(yǎng)28天，后者不僅出現(xiàn)了明確的海馬區(qū)樣結(jié)構(gòu)，Aβ斑塊沉積模式也與AD患者腦組織切片高度吻合，而靜態(tài)培養(yǎng)的類器官僅能觀察到零散的Aβ聚集。

二、三大核心優(yōu)勢，適配神經(jīng)研究的特殊需求

維持神經(jīng)類器官結(jié)構(gòu)與功能的生理相關(guān)性

神經(jīng)類器官的科研價(jià)值核心在于“模擬腦內(nèi)真實(shí)狀態(tài)"。SACR-G培養(yǎng)的腦類器官不僅能重現(xiàn)腦區(qū)分層，還能維持長期的電生理活性——通過膜片鉗檢測發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)42天的類器官仍能記錄到神經(jīng)元的動作電位，突觸傳遞效率較靜態(tài)培養(yǎng)提升4.5倍。我們用這套系統(tǒng)研究AD模型時(shí)，清晰觀察到Aβ斑塊對突觸連接的破壞過程，以及tau蛋白過度磷酸化與神經(jīng)元凋亡的時(shí)序關(guān)系，這些數(shù)據(jù)為解析疾病進(jìn)展機(jī)制提供了直接證據(jù)。

支持長期動態(tài)觀察，適配神經(jīng)退行性疾病研究

神經(jīng)退行性疾病的病理進(jìn)程往往長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年，體外模型的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要。SACR-G的模塊化培養(yǎng)腔可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)類器官的連續(xù)培養(yǎng)，配合自動化溫度（37℃±0.1℃）、轉(zhuǎn)速（5-40rpm可調(diào)）調(diào)控，類器官存活時(shí)間可延長至90天以上，且期間膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶（ChAT，乙酰膽堿能神經(jīng)元標(biāo)志物）、酪氨酸羥化酶（TH，多巴胺能神經(jīng)元標(biāo)志物）等關(guān)鍵蛋白表達(dá)穩(wěn)定。隔壁做帕金森病研究的團(tuán)隊(duì)，用這套系統(tǒng)培養(yǎng)的中腦類器官，成功模擬了多巴胺能神經(jīng)元的進(jìn)行性退變過程，相關(guān)數(shù)據(jù)已作為核心支撐申請到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。

多細(xì)胞共培養(yǎng)構(gòu)建“神經(jīng)-膠質(zhì)-血管"完整微環(huán)境

腦功能的實(shí)現(xiàn)離不開神經(jīng)細(xì)胞、膠質(zhì)細(xì)胞和腦血管內(nèi)皮細(xì)胞的協(xié)同作用。SACR-G的旋轉(zhuǎn)環(huán)境可讓不同細(xì)胞均勻混合并形成功能性連接——將神經(jīng)類器官與腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞共培養(yǎng)時(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞會圍繞類器官形成血管樣結(jié)構(gòu)，且能表達(dá)血腦屏障關(guān)鍵蛋白（如緊密連接蛋白claudin-5）；同時(shí)，星形膠質(zhì)細(xì)胞會向神經(jīng)元周圍遷移并形成營養(yǎng)支持網(wǎng)絡(luò)。我們用這套共培養(yǎng)模型研究腦卒中后神經(jīng)修復(fù)時(shí)，觀察到血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌的VEGF可促進(jìn)神經(jīng)元軸突再生，這一發(fā)現(xiàn)為腦卒中治療提供了新的靶點(diǎn)思路。

三、這些神經(jīng)研究方向，正靠三維培養(yǎng)突破瓶頸

神經(jīng)退行性疾病建模與藥物篩選

阿爾茨海默?。簶?gòu)建含Aβ斑塊和tau纏結(jié)的腦類器官，評估靶向清除Aβ的抗體藥物療效；

帕金森?。号囵B(yǎng)中腦多巴胺能神經(jīng)元類器官，篩選促進(jìn)神經(jīng)元存活、抑制α-突觸核蛋白聚集的小分子藥物。

神經(jīng)發(fā)育與腦區(qū)形成機(jī)制研究

腦皮層發(fā)育：觀察神經(jīng)前體細(xì)胞向不同皮層神經(jīng)元（如興奮性神經(jīng)元、抑制性神經(jīng)元）的分化時(shí)序，解析SHH、Wnt等信號通路的調(diào)控作用；

神經(jīng)管缺陷模型：模擬葉酸缺乏等條件，研究神經(jīng)管閉合過程中的細(xì)胞增殖與遷移異常機(jī)制。

腦損傷修復(fù)與神經(jīng)再生研究

腦卒中模型：構(gòu)建缺血性腦損傷類器官，研究神經(jīng)干細(xì)胞移植后的分化與整合效率；

脊髓損傷修復(fù)：培養(yǎng)脊髓類器官，評估神經(jīng)營養(yǎng)因子對軸突再生的促進(jìn)作用。

四、精準(zhǔn)匹配三類神經(jīng)科研核心受眾

高校神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室：從事神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)退行性疾病機(jī)制研究的PI與研究生，尤其是承擔(dān)“腦科學(xué)與類腦研究"專項(xiàng)、國自然“神經(jīng)微環(huán)境"相關(guān)課題的團(tuán)隊(duì)；

生物醫(yī)藥企業(yè)：神經(jīng)藥物研發(fā)部門（如AD、PD靶向藥）、腦機(jī)接口研發(fā)中心，需要高保真神經(jīng)模型支撐臨床前實(shí)驗(yàn)；

醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科科研團(tuán)隊(duì)：開展神經(jīng)退行性疾病個(gè)體化治療、神經(jīng)干細(xì)胞移植研究的臨床醫(yī)生，可通過患者來源神經(jīng)類器官實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究。

結(jié)語：讓神經(jīng)研究“復(fù)刻"腦內(nèi)真實(shí)狀態(tài)

神經(jīng)科學(xué)研究的最大挑戰(zhàn)，在于體外模型難以還原大腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與微環(huán)境。SACR-G旋轉(zhuǎn)細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)以“動態(tài)仿生+長期穩(wěn)定"的核心特性，不僅解決了神經(jīng)類器官結(jié)構(gòu)紊亂、功能退化的難題，更通過多細(xì)胞共培養(yǎng)能力構(gòu)建了“類腦微環(huán)境"，讓體外研究數(shù)據(jù)更貼近體內(nèi)真實(shí)病理生理狀態(tài)。我們實(shí)驗(yàn)室用它完成的“AD腦類器官突觸損傷機(jī)制"研究，已被《Nature Neuroscience》接收，審稿人特別肯定了三維模型對腦內(nèi)病理特征的還原度。

如果您也在為神經(jīng)類器官分層不清、電生理活性低、實(shí)驗(yàn)重復(fù)性差等問題發(fā)愁，登錄蘇州賽吉生物咨詢，

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