吳一戎院士（中國科學(xué)院空天信息創(chuàng )新研究院）新綜述介紹了腦類(lèi)器官的最新模型進(jìn)展，它為神經(jīng)科學(xué)和疾病建模領(lǐng)域的研究提供了深入的見(jiàn)解和創(chuàng )新方法。文章首先指出，目前人類(lèi)神經(jīng)疾病模型的建立采用的是體內和體外動(dòng)物模型。但是，由于動(dòng)物模型無(wú)法準確復制人類(lèi)生理，大約只有三分之一的動(dòng)物模型能為人類(lèi)臨床試驗提供可靠的支持或有效轉化。

因此，急需能夠準確模擬人類(lèi)生理的神經(jīng)病病模型。幸運的是，人誘導多能干細胞（hiPSCs）技術(shù)為體外重現人類(lèi)生理和微環(huán)境提供了新的研究可能性，特別是通過(guò)發(fā)展干細胞衍生的器官芯片。文章深入探討了使用人誘導多能干細胞衍生神經(jīng)元（hiPSC-DNs）建立的體外神經(jīng)病模型的重要性。

基于3D人腦類(lèi)器官模型的轉錄組分析發(fā)現，PCCB敲低主要導致了γ-氨基丁酸（GABA）信號通路障礙。進(jìn)一步的代謝組學(xué)分析、ELISA等實(shí)驗發(fā)現，PCCB敲低抑制了三羧酸（TCA）循環(huán)關(guān)鍵中間產(chǎn)物α-酮戊二酸、琥珀酰輔酶A和琥珀酸鹽的合成，不僅導致了線(xiàn)粒體ATP合成減少、活性氧水平增高，還降低了細胞中GABA的含量。微電極陣列（MEA）電生理檢測發(fā)現，PCCB敲低導致類(lèi)腦器官的放電頻率增高、同步性降低，表明類(lèi)腦器官的突觸功能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )連接出現障礙。在PCCB敲低的類(lèi)腦器官培養液中添加外源性α-酮戊二酸可以挽救TCA循環(huán)中間產(chǎn)物和GABA含量的減少，表明PCCB通過(guò)TCA循環(huán)途徑發(fā)揮作用。

這些模型使用微電極陣列（MEAs）與二維和三維的神經(jīng)干細胞衍生體外模型界面，以實(shí)時(shí)監測它們的生理活動(dòng)。因此，MEAs成為使用人類(lèi)iPSCs體外模擬神經(jīng)障礙和疾病的新興和有用工具。這篇綜述詳細介紹了MEA在分析hiPSC-DNs建立的神經(jīng)疾病模型中的作用，涵蓋了MEA的制造、表面結構、修飾方案、hiPSC-DNs的培養和信號檢測的重要性。

此外，還討論了MEA技術(shù)在研究體外神經(jīng)疾病模型（包括癲癇、自閉癥譜系發(fā)育障礙（ASD）等）的進(jìn)展，以及hiPSC-DNs結合MEA檢測體外神經(jīng)毒性物質(zhì)的應用。

最后，文章還探討了多功能集成設備在體外醫療診斷和治療方面的未來(lái)發(fā)展和展望。這篇文章是對于神經(jīng)科學(xué)研究者和臨床醫生來(lái)說(shuō)，尤其是那些對神經(jīng)疾病建模和干細胞技術(shù)感興趣的人，是一篇不可錯過(guò)的重要文獻。它不僅提供了當前該領(lǐng)域的全面回顧，還為未來(lái)的研究方向和應用提供了寶貴的洞見(jiàn)。