迷你大脑的迷你帽

由约翰霍普金斯大学的科学家领导的一个研究小组开发了一种微型脑电图电极帽，用于测量笔尖大小的大脑模型中的活动。它的设计者希望该设备能够更好地理解神经紊乱以及潜在危险化学物质如何影响大脑。

研究人员在ScienceAdvances上发表了他们的研究“用于大脑类器官的壳微电极阵列(MEAs)”，并表示他们的工作扩展了类器官可以完成的工作，包括迷你大脑——模拟某些大脑的实验室生长的人类细胞球。大脑的结构和功能。

“这为理解人脑的发育和工作提供了一个重要的工具，”约翰霍普金斯大学化学和生物分子工程师、发明者之一大卫·格拉西亚斯博士指出。“为微型器官制造微型仪器是一项挑战，但这项发明是新研究的基础。”

大脑类器官，以绿色显示，封装在以蓝色显示的电极装置中。[QiHuang，GayatriPahapale，约翰霍普金斯大学Gracias实验室]

“大脑类器官是模拟大脑某些三维(3D)细胞结构和功能方面的重要模型。能够记录和刺激产电细胞活动的多电极阵列(MEA)为询问大脑类器官提供了显着的潜力。然而，最初为单层培养设计的传统MEA提供的记录接触区域有限，仅限于3D类器官的底部，”研究人员写道。

“受脑电图帽形状的启发，我们开发了用于类器官的微型晶圆集成MEA帽。光学透明壳由自折叠聚合物小叶和导电聚合物涂层金属电极组成。在力学模拟的指导下，微型胶囊聚合物小叶的可调折叠可实现不同大小类器官的多功能记录，我们验证了电生理学记录400至600微米大小的类器官长达4周并响应谷氨酸刺激的可行性.

“我们的研究表明，3D壳MEA为高信噪比和3D时空脑类器官记录提供了巨大潜力。”

改造干细胞以产生小规模的肾脏、肺、肝脏和大脑

自十多年前首次创建类器官以来，研究人员对干细胞进行了改造，以创建小规模的肾脏、肺、肝脏和大脑。复杂的微型模型用于研究器官如何发育。研究人员在经过基因改造、注射病毒和接触化学物质的类器官旁边研究未改变的类器官。类器官，尤其是微型大脑，在医学研究中越来越重要，因为它们可以用于原本需要进行人体或动物试验的实验。

但是由于用于测试类器官的传统设备是扁平的，研究人员只能检查其表面的有限细胞。格拉西亚斯说，了解类器官中大量细胞发生了什么，将有助于揭示器官功能和疾病进展的方式。

“我们希望从大脑中尽可能多的细胞中获取信息，以便我们了解细胞的状态、它们如何交流以及它们的时空电模式，”他继续说道。

人类“不是‘平坦的斯坦利’，”共同作者、环境健康与工程系研究员LenaSmirnova博士说。“平面测量具有固有的局限性。”

微胶囊包裹着类器官的整个球形，能够从整个表面进行3D记录，这样研究人员就可以在药物测试期间聆听神经元的自发电通信。该数据有望优于平板上传统电极的电流读数。

“如果你从平面上记录，你只能从3D类器官球体的底部获得记录。然而，类器官不仅仅是一个均匀的球体，”第一作者、化学与生物分子工程系博士研究生QiHuang说。“有神经元细胞相互交流。这就是为什么我们需要它的时空映射。”

约翰霍普金斯大学彭博学院动物试验替代中心主任、医学博士、博士、合著者ThomasHartung指出，有了来自类器官的更详细信息，研究人员可以研究消费品中使用的化学物质是否会导致大脑发育问题公共卫生。

Hartung解释说：“杀虫剂等一些化学物质特别可疑，因为许多化学物质通过破坏昆虫的神经系统来杀死它们。”“阻燃剂是我们担心的另一类化学品。”

研究人员希望瓶盖上的读数可以减少测试化学效应所需的动物数量。仅一种化学品的传统测试需要大约1,000只老鼠，耗资约100万美元。Hartung说，类器官的结果也更具相关性，因为人脑不同于大鼠和小鼠的大脑。