脑类器官与微电极阵列技术成为探索大脑奥秘的新钥匙
脑类器官与微电极阵列技术成为探索大脑奥秘的新钥匙
在神经科学研究的前沿领域，脑类器官与微电极阵列（MEA）技术的结合正逐渐成为探索大脑奥秘、研究神经系统疾病以及开发新型智能计算平台的重要手段。来自浙江大学的何恩慧和纪俊峰团队发表在《集成电路与嵌入式系统》2025年第2期的综述文章《面向脑类器官的微电极阵列技术发展现状及趋势》介绍了这一领域的最新进展和未来趋势，为相关科研工作者提供有价值的参考。
脑类器官成为模拟大脑的“微型实验室”
脑类器官是通过人多能干细胞自我组织和诱导分化产生的体外三维细胞培养物，能够部分模拟人脑的结构及功能。它们不仅包含多种脑内细胞类型，如神经祖细胞、神经元和胶质细胞等，还能形成类似大脑的网络功能行为，如电生理活动。脑类器官的出现为神经科学研究提供了一个更为真实和可控的模型，能够帮助我们更好地理解大脑的发育过程、神经系统的疾病机理，甚至为智能计算提供新的思路。
微电极阵列技术助力高通量、高时空分辨率的检测
微电极阵列（MEA）技术是一种能够低损伤、高通量、高时空分辨率地检测生物样本电生理活动的技术。它通过在微小的电极阵列上记录神经元的电活动，为我们提供了一个实时监测脑类器官神经网络功能的高效平台。MEA技术不仅可以检测到单个神经元的活动，还能同时监测多个神经元之间的相互作用，这对于研究复杂的神经网络至关重要。
脑类器官与MEA技术的融合开启多领域研究的新篇章
神经系统疾病机理研究
脑类器官与MEA技术的结合为神经系统疾病的研究提供了新的视角。通过实时长期追踪脑类器官的动态发育过程，研究人员可以更深入地了解大脑的发育机制。同时，利用MEA技术检测不同疾病来源脑类器官的电生理参数信息，有助于探究疾病的发病机理。例如，自闭症和精神分裂症患者iPSC来源的脑类器官研究显示，这些脑类器官能够自发生成神经网络，为理解这些疾病的早期发育过程提供了重要线索。
智能计算应用研究
在体神经系统修复研究
脑类器官在在体神经系统修复领域也展现出广阔的应用前景。研究表明，移植的脑类器官能够在体内形成初步的神经突触，并与宿主大脑产生有效的功能性连接。例如，脑类器官被移植到中风模型大鼠的大脑中后，能够显著减小脑梗死体积，并支持运动皮层区域特异性重建。这些研究为开发新的神经系统修复策略提供了科学依据。
技术挑战与未来展望
尽管脑类器官与MEA技术的结合已经取得了显著进展，但仍面临一些挑战。例如，脑类器官的三维结构与目前的平面MEA技术之间存在匹配问题，限制了外部设备与脑类器官的高效交互。此外，现有的培养体系也无法完全满足脑类器官对氧气和营养的需求，影响了其长期稳定性和功能表现。
未来的研究方向可能包括：
优化MEA技术：开发更适合三维脑类器官的MEA技术，如3DMEA，以提高检测的时空分辨率和生物兼容性。
深入疾病机理研究：构建更完善的脑类器官疾病模型，深入探究神经系统疾病的发病机制。
挖掘智能计算潜力：探索脑类器官在复杂任务中的计算能力，设计更高效的生物神经网络计算系统。
推进在体修复应用：研究如何利用电刺激等手段促进脑类器官与宿主大脑的功能性连接，推动在体神经系统修复技术的发展。
本文原文来自搜狐