伊利诺伊州研究小组开发了第一个体外三维神经组织模型

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的研究人员成功利用干细胞工程化活体生物混合神经组织，开发出神经网络的3D模型，希望能更好地了解大脑以及这些网络是如何工作的。

第一作者格尔森帕甘-迪亚兹-迪亚兹将生成的组织比作计算机处理单元，它为今天的超级计算机提供了基本原理。帕甘-迪亚兹是格兰杰理工学院生物工程系拉希德巴希尔教授的研究生。巴希尔也是该学院的院长。“能够形成由神经元组成的三维组织，使我们能够开发用于药物筛选或生物计算机处理单元的组织模型，”帕甘-迪亚兹说。

从真人身上学习大脑具有挑战性，但通过使用体外3D模型来了解这些网络的发展有望为研究人员提供一种新的工具，以更好地了解它们的工作原理。这些模型将能够帮助理解异常的形成，例如阿尔茨海默病等疾病的原因。

该团队能够给由光遗传学形成的神经元组成的活组织赋予3D几何形状，因此它们可以被蓝光激活。这些组织可以用来研究大脑中的复杂行为，以及这些组织如何与正在开发的新药发生反应。这也可能意味着未来将不再依赖动物来测试这些药物。

巴希尔说：“如果我们能控制这些神经元之间的交流方式，如果我们能利用光遗传学来训练它们，如果我们能对它们进行编程，那么我们就可能利用它们来执行工程功能。”“未来，我们希望能够通过设计这些神经组织，开始实现类似大脑的生物处理单元和生物计算机。”

该项目由NSF科技中心EBICS(集成细胞系统的应急行为)资助，本月发表在《美国国家科学院院刊》上。它的灵感来自五年前开发功能性肌肉的工作，巴希尔实验室的研究人员开发了一种生物机器人，当受到电或光的刺激时，它可以行走。

这项新工作是由一个跨学科团队完成的，该团队由帕甘-迪亚兹、巴希尔、生物工程的卡拉拉莫斯-克鲁兹、分子和细胞生物学学院的理查德萨姆、电气和计算机工程的米哈伊尔坎德尔和加布里埃尔波佩斯库教授以及奥努尔艾丁组成。机械科学与工程的塔赫尔塞夫教授。

在这项研究中，研究团队开发了可以形成不同形状的神经组织模拟器。该团队使用水凝胶和纤维蛋白来制造毫米到厘米的结构，这种结构没有刚性支撑，可以模制成许多所需的形状。

帕甘-迪亚兹解释说：“它是由几十万微米的细胞组成的束，其中包含许多基因组成与体内组织相似的群体。“随着我们继续开发这些生物制造方法，我们应该能够捕捉到身体中发生的许多现象。一旦我们证明了这一点，我们将能够模仿我们在大脑中看到的模式。证明人体外的组织和体内的组织相似，那我们就可以一次又一次的制造。”

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