突破研究来自常见食品添加剂，2400个微型大脑在培养皿中同时发育

健康生活 2025年08月24日 17:44 1 admin

信息来源：https://scitechdaily.com/common-food-additive-solves-decades-long-neuroscience-problem/

在斯坦福大学的实验室里，2400个微型"大脑"正在培养皿中同时发育——这一幕标志着神经学研究的新纪元。让这个场景成为可能的，竟是一种在厨房中随处可见的食品添加剂：黄原胶。这项发表在《自然·生物医学工程》上的突破性研究，彻底改变了科学家培养类脑器官的方式，为神经疾病研究开辟了前所未有的规模化路径。

意外发现的非粘性解决方案

类脑器官技术诞生十多年来，一直被一个看似简单却难以解决的问题所困扰：这些由干细胞培养而成的微型脑组织总是粘在一起，无法实现大规模标准化生产。斯坦福大学精神病学和行为科学系的塞尔吉乌·帕斯卡教授回忆道："实验室的同事们总是抱怨，'我原本要制作一百个器官，最后却只得到二十个。'"

斯坦福大学的科学家们发现了一种出乎意料的简单方法，可以在实验室中批量生产微小的类脑结构。这一突破可能会改变研究人员研究大脑发育、疾病和潜在治疗方法的方式。图片来源：Shutterstock

面对这一技术瓶颈，帕斯卡与工程学院的莎拉·海尔斯霍恩教授联手，采用了系统性的材料筛选方法。他们测试了23种不同的生物相容性材料，寻找既能防止器官粘连又不影响其正常发育的解决方案。

"我们选择的材料都已经被认为具有生物相容性，而且相对经济且使用简便，这样我们的方法就能被其他科学家轻松采用。"海尔斯霍恩解释了选材标准背后的深思熟虑。

Sergiu Pasca，斯坦福医学院Kenneth T. Norris Jr.精神病学和行为科学教授，斯坦福脑器官发生项目Uytengsu家族主任。图片来源：斯坦福大学

实验方法相对直接：研究团队首先在营养丰富的培养液中培养器官六天，然后加入测试材料，再继续培养25天后统计存活的独立器官数量。结果证明，即使是少量的黄原胶也能有效阻止器官融合，且对器官发育没有任何负面影响。

这一发现的意义远超预期。黄原胶不仅解决了粘连问题，更重要的是它为研究人员打开了大规模实验的大门。帕斯卡现在可以轻松制作一万个标准化器官，这在几年前还是不可想象的。

从神话命名到工业化生产

回顾类脑器官研究的早期历程，帕斯卡的经历颇具传奇色彩。十二年前，当他刚刚建立起将干细胞转化为三维脑组织的方法时，一次只能产生寥寥几个器官样本。"在早期阶段，我只有八九个器官，我给每一个都起了神话生物的名字。"这种个性化的命名方式反映了当时实验规模的局限性。

然而，帕斯卡的雄心远不止于此。他的最终目标是深入了解大脑发育过程，特别是那些可能导致自闭症或蒂莫西综合征等疾病的发育异常。为了实现这一目标，他意识到必须能够产生数千个完全相同的器官。

这种从手工作坊式的小规模实验向工业化大生产的转变，需要跨学科的密切合作。帕斯卡与神经科学家兼生物工程师卡尔·戴塞罗思合作，组建了一个包含神经科学家、化学家、工程师等多领域专家的团队。2018年，在吴蔡神经科学研究所"神经科学大创意"计划的支持下，斯坦福脑器官发生项目正式启动。

有趣的是，器官粘连这个问题本身也催生了新的研究方向。研究人员发现，他们可以有意识地将两种不同类型的器官——比如小脑和脊髓——粘合在一起，创造出更复杂的脑结构模型，这些被称为"组装体"的结构现在已成为帕斯卡团队研究工作的重要组成部分。

解决医学伦理困境

黄原胶技术的价值在一项大规模药物筛选实验中得到了充分体现。这项实验不仅展示了技术的可行性，更重要的是它解决了一个长期困扰医学界的伦理难题。

由于伦理考虑，FDA批准的药物通常不会在孕妇和婴儿身上进行测试，这使得医生在为这些患者开药时往往顾虑重重。即使某些药物可能对患者有益，医生也担心它们可能对发育中的大脑造成伤害。

为了证明类脑器官技术如何解决这一问题，访问学者长崎元太在帕斯卡实验室开展了一项前所未有的实验。他首先培养了2400个器官，然后向每批器官中添加298种FDA批准药物中的一种，观察是否会导致生长缺陷。

实验结果令人印象深刻：研究团队发现，包括一种用于治疗乳腺癌的药物在内的多种药物会抑制器官生长，这表明这些药物可能对大脑发育有害。更重要的是，这项实验展示了惊人的效率——单个实验人员就能独立产生数千个皮质器官并测试近300种药物。

这种高通量筛选能力为药物安全评估开辟了新的途径。研究人员现在可以在不涉及人体试验的情况下，系统评估药物对大脑发育的潜在影响，这对保护孕妇和婴儿的安全具有重要意义。

脑科学的未来是规模化

黄原胶技术的成功应用标志着神经科学研究进入了一个新时代。帕斯卡强调："要想在神经精神疾病领域取得突破，必须实现研究规模的扩大，否则无法产生实质性影响。"

这种规模化能力对于理解复杂的神经发育障碍至关重要。自闭症、癫痫、精神分裂症等疾病的致病机制往往涉及多个基因和环境因素的复杂相互作用，需要大量的实验数据才能揭示其中的规律。

斯坦福脑器官发生项目的跨学科合作模式为解决这些复杂问题提供了有效的框架。该项目汇集了来自不同领域的专家，致力于开发创新技术来探索疼痛通路、神经发育障碍的遗传驱动因素以及脑回路研究的新方法。

秉承开放科学的精神，斯坦福团队已经将这项技术免费分享给全球科研界。"与我们所有方法一样，这项技术是开放且免费使用的。已经有众多实验室采用了这一技术。"帕斯卡的这种态度体现了现代科学研究的合作精神，有助于加速全球神经科学研究的进展。

这种开放态度不仅降低了技术门槛和成本，更重要的是它能够让更多研究机构参与到大规模脑器官研究中来，形成协同效应。随着技术的进一步完善和推广，我们有理由期待神经科学研究将迎来新的突破，为人类认识和治疗脑疾病提供更强有力的工具。

从一个简单的食品添加剂到神经科学研究的革命性工具，黄原胶的故事告诉我们，科学突破往往来自于意想不到的地方。这项技术不仅解决了一个具体的技术难题，更重要的是它为我们理解人类最复杂的器官——大脑——开辟了新的可能性。

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