脑类器官技术在再生医学领域的应用

体外培养的脑类器官提供了简化且易于获取的细胞模型，可以模拟人脑的三维结构、细胞类型和神经网络功能。

在再生医学领域，脑类器官技术展现了巨大潜力，既可用作疾病模型和药物测试平台，又能为细胞移植疗法和脑损伤研究提供新的方法和思路。

脑损伤造模

人脑中的神经元在发育完成后，因缺乏生长和再生能力，受到损伤后通常难以自我修复。有效的人源性脑损伤模型是研究脑修复的关键。

脑类器官可用于模拟脑损伤和再生过程，探究再生机制和调控因素，并筛选促进再生的药物或小分子化合物。

脑类器官提供了一个人源性平台，可以模拟神经系统疾病导致的脑器质性病变，深入研究其潜在机制。由于其能模拟大脑的组织结构和发育轨迹，脑类器官在研究脑发育障碍相关疾病方面具有独特优势。

脑类器官也能模拟病原体侵袭造成的人脑损伤。例如，自2016年起的研究表明，寨卡病毒感染大脑皮层类器官后，通过促进神经干细胞的凋亡、抑制增殖并破坏神经球形成，诱导小头畸形。

自2020年起的COVID-19大流行，除了呼吸道症状外，SARS-CoV-2感染还引发头晕、肌肉酸痛等神经系统症状。

此外，脑类器官还可用于模拟外源性物理或化学因素造成的人脑损伤。

多脑区、多谱系细胞互作研究

人脑复杂的功能依赖于神经环路和不同脑区间的协调。早期在体外研究脑区或不同谱系细胞相互作用时，多采用二维细胞共培养，但二维系统无法有效模拟体内三维环境的复杂性。

因此，越来越多的研究通过人工手段将不同脑区和谱系的类器官组装成“类组装体”模型。相比二维模型，类组装体利用细胞自组织特性，实现复杂的细胞间相互作用，并能长期培养，具备更成熟的生理功能，对于解析人脑神经环路和模拟精神疾病具有重要意义。

目前，许多研究采用先分化脑区特异类器官，再在特定时间点融合的策略来研究脑区间相互作用。

例如，为了模拟腹侧前脑中间神经元迁移并整合至皮层的过程，一些研究组合了前脑背腹侧类器官，观察到中间神经元的切向迁移及其与皮层谷氨酸能神经元的整合，形成神经网络。

除了不同脑区类器官的组装，脑类器官与不同谱系类器官的融合也受到关注。

例如，脑类器官可以与血管内皮类器官和支持细胞一起构成类神经血管单元，模拟脑内血管形成。体外分化的小胶质样细胞可整合到皮层类器官中，用于研究阿尔茨海默病中神经元与胶质细胞的相互作用。

类器官与微流控技术结合的类器官芯片技术是另一种研究多系统互作的方式。微流控系统可以将不同类器官模型连接形成芯片系统，同时模拟脑类器官中缺少的功能性血流灌注，进一步模拟体内微环境。

一些研究指出，在微流控系统中培养的脑类器官具有更高的生理活性和成熟度，可能因为糖酵解和内质网应激相关通路的抑制。

药物筛选和毒理学评价

医学研究人类疾病时常面临诸多限制，如患者个体差异、结果不可预测性和药物测试耗时等问题。传染病或神经系统疾病患者来源的脑类器官显示出与临床表型相似的特征，可能成为新药检测的潜在平台。

目前，药物的毒性评价和临床前研究存在不足。由于动物模型与人类的种属差异，难以准确预测人类神经毒性，导致许多药物的毒性反应在临床试验或上市后才逐步显现。

相比发育完全的大脑，脑类器官对有毒物质更为敏感，适用于不同化合物的神经毒性测试。

脑类器官可以与微流控系统结合，形成类器官芯片。由于其具备类血管灌注系统，可以更好地模拟体内微环境，在药物筛选和毒理学研究方面具有独特优势。

脑类器官移植

器官移植是治疗器官损伤或衰竭的有效方法，但由于医学伦理、移植排斥、器官供需稀缺及人脑结构功能的特殊性，针对受损脑区的器官移植研究受到了极大限制。

源自供体的脑类器官具有充足的细胞供应潜力，且与宿主的遗传背景相同，排异反应较少，是再生和修复病变或受损脑组织的理想来源，为人脑的器官移植和再生医学提供了新的可能性。

先前的研究已证明，将脑类器官移植到啮齿类动物大脑中是可行的。人源性神经元能够在宿主脑内存活、投射至其他脑区并整合进宿主的神经网络。

在器官修复方面，脑类器官可用于替换丢失的神经元或重建受损的神经网络。中风是全球第二大死亡原因，但有效治疗手段较少。脑类器官作为中风移植的潜在供体，具有广阔的应用前景。

脑类器官移植还可以用于修复复杂的感觉功能损伤。在神经退行性疾病中，特定神经元亚群（如多巴胺能神经元或运动神经元）会逐渐退化，导致疾病相关的神经功能障碍。

脑类器官移植作为一种潜在治疗手段，已被用于修复退行性疾病所致的脑损伤。例如，帕金森病的主要病理变化是中脑黑质多巴胺能神经元的丢失，导致纹状体中多巴胺释放显著减少。

尽管移植的脑类器官在功能成熟度和细胞组成上与宿主脑组织相比存在不足，但利用脑类器官进行移植治疗仍是一种有前景的脑损伤修复方法。