脑类器官技术在脑及治疗研究中的进展综述

大脑是人体最复杂的器官之一，传统脑研究主要依赖动物模型和二维细胞培养，但物种差异及细胞与器官水平的断层，导致难以精准解析人类脑发育及相关疾病机制。近年来，由多能干细胞衍生的脑类器官能重现人类脑内关键特征(如外层放射状胶质细胞区等)，为脑发育研究、神经疾病建模、药物研发及再生医学等提供了新平台。本研究综述了脑类器官技术的进展、应用、优势、局限性及前景，揭示其在神经科学及治疗研究中的价值。

来自中国第二军医大学药理学系的团队在《Wiley CNS Neuroscience & Therapeutics》期刊发表了题为“Organoid technology for brain and therapeutics research”的综述。该研究系统梳理了脑类器官技术的发展：

生成方法：以多能干细胞(PSCs)为基础，Lancaster 等通过将神经外胚层组织嵌入 Matrigel 并结合旋转生物反应器生成脑类器官，可重现多种脑区结构;Qian 等通过微型旋转生物反应器及诱导因子优化，生成高均一性的脑区特异性类器官(如前脑、中脑)，降低成本并提高量产性。

核心应用：包括研究脑发育(如皮质神经元扩张机制)、建模神经疾病(如小头畸形、自闭症)、助力药物发现(如 Zika 病毒相关药物筛选)及再生医学(如帕金森病的细胞替代治疗)。

优势与局限：相比传统模型，脑类器官克服物种差异、连接细胞与器官水平，但存在异质性(结构和脑区随机)、不成熟(缺乏血管导致核心细胞凋亡，仅重现早孕期脑发育)等问题。

未来方向：结合组织工程优化干细胞微环境(如合成水凝胶替代动物来源基质)、实现血管化以促进成熟，提升模型可靠性。

研究结果

图 1：脑类器官的生成及疾病模型建立示意图

内容：该图展示脑类器官的生成流程及疾病建模途径。多能干细胞(PSCs)包括胚胎干细胞(ESCs，源自囊胚内细胞团)和诱导多能干细胞(iPSCs，由体细胞重编程而来)，经诱导分化依次形成胚状体、神经外胚层，最终在旋转生物反应器中生成脑类器官;通过添加诱导因子可生成脑区特异性类器官。疾病模型建立有三种方式：① 利用患者体细胞重编程的 iPSCs 生成类器官;② 对 PSCs 进行基因编辑(如突变疾病相关基因);③ 用特定刺激处理类器官(如氧糖剥夺模拟缺血性卒中)。

总结：图示清晰概述了脑类器官的来源、生成过程及疾病建模策略，为理解技术框架提供直观参考。

图 2：脑类器官的应用示意图

内容：该图展示了脑类器官的多元应用场景，多能干细胞(PSC)衍生的脑类器官可用于研究脑发育;作为再生医学工具，可移植到脑损伤部位修复组织;疾病模型类器官可用于研究脑疾病;正常和疾病类器官通过个性化药物反应测试(如区分应答者、轻度应答者、无应答者)助力精准医疗;结合微型旋转生物反应器，可实现高通量药物筛选，测试药物疗效和毒性，推动药物研发。

总结：图示全面呈现了脑类器官在基础研究、临床转化及精准医疗中的应用潜力。

全文总结

本文综述了脑类器官技术在神经科学及治疗研究中的应用与发展。研究首先介绍脑类器官的生成方法，从 Lancaster 等的早期方案到 Qian 等的优化技术(微型生物反应器提升均一性和量产性)，强调其能重现人类脑内关键结构(如外层室管膜下区)的优势。随后阐述其核心应用：在脑发育研究中揭示物种特异性皮质扩张机制;在神经疾病建模中成功模拟小头畸形(CDK5RAP2 突变)、自闭症(FOXG1 过表达)等;在药物研发中助力 Zika 病毒相关药物筛选及神经毒性预测;在再生医学中为帕金森病等提供细胞替代来源。

同时，文章指出技术局限：异质性导致实验重复性差，缺乏血管使类器官仅能重现早孕期脑发育，成熟度不足。未来需通过组织工程优化微环境(如合成基质替代 Matrigel)、实现血管化以促进营养供应，提升模型的复杂性和可靠性。

综上，脑类器官作为突破传统模型局限的新兴工具，为解析脑发育、建模复杂神经疾病及推动个性化治疗提供了重要平台，其进一步优化将加速脑科学研究与临床转化。