劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 的研究人员提高了微电极阵列上生长的神经元培养物的复杂性，这是更准确地在体外复制人脑细胞组成的关键一步。
正如《科学报告》最近发表的一篇论文所述，由生物医学科学家 Heather Enright 领导的 LLNL 团队在二维“片上大脑”设备的微电极阵列上培养了啮齿类动物源性神经元。他们允许神经元培养物形成网络，并用大脑中发现的其他细胞类型(星形胶质细胞和少突胶质细胞)补充它们，这些细胞在神经元健康和功能中发挥着关键作用。
在培养的一个多月里，研究小组监测了神经元的电活动，并描述了它们随着时间的推移生长和成熟的分子特征。研究人员表示，这项研究确定了不同复杂程度的神经元培养物之间的关键差异，这将使他们能够在三维体外设备中更准确地模仿动物大脑的行为。
恩赖特说：“从我们早期的工作中可以清楚地看出，我们需要增强这些设备的细胞复杂性，以更准确地概括动物系统中大脑的功能。”“目标是将这些其他关键细胞类型按相关比例纳入其中。我们假设这些复杂培养物中的神经元的行为与大脑中的行为相似，我们确实看到了一些迹象。”
使用二维设备，研究人员发现，与仅神经元培养物相比，三细胞类型培养物表现出更早的突触和神经元网络成熟度，包括同步爆发活动(细胞间通信)，大约需要一半的时间比仅神经元的努力。研究人员表示，这一结果意义重大，因为除了增强当前系统的蜂窝复杂性之外，还可以更快、更低成本地生成数据。
“原代培养物固有的一个特点是，当神经元单独培养时，它们的功能活动会发生很大的变化，”恩赖特说。“包括这些其他细胞类型不仅产生了更相关的体外系统，而且我们可以在其中更早地测试感兴趣的化合物，并且变异性较小。这大大提高了设备生成的数据的吞吐量和质量。”
研究人员将把这些发现应用到 LLNL 的芯片大脑设备上，该设备是实验室战略计划的一部分，旨在以 3D 形式再现人体外的大脑，以测试化学制剂对神经活动的影响，并开发与人类相关的设备。无需动物模型即可采取对策。该项目的其他进展于今年早些时候发表，涉及神经元细胞培养物随时间变化的动态计算模型、开发用于记录活体脑细胞培养物神经活动的 3D 微电极阵列 (3DMEA) 平台以及优化细胞封装支持 3D 神经元培养。
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