吳一戎院士（中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院）新綜述介紹了腦類器官的最新模型進展，它為神經(jīng)科學和疾病建模領域的研究提供了深入的見解和創(chuàng)新方法。文章首先指出，目前人類神經(jīng)疾病模型的建立采用的是體內(nèi)和體外動物模型。但是，由于動物模型無法準確復制人類生理，大約只有三分之一的動物模型能為人類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）技術為體外重現(xiàn)人類生理和微環(huán)境提供了新的研究可能性，特別是通過發(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人腦類器官模型的轉錄組分析發(fā)現(xiàn)，PCCB敲低主要導致了γ-氨基丁酸（GABA）信號通路障礙。進一步的代謝組學分析、ELISA等實驗發(fā)現(xiàn)，PCCB敲低抑制了三羧酸（TCA）循環(huán)關鍵中間產(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(xiàn)，PCCB敲低導致類腦器官的放電頻率增高、同步性降低，表明類腦器官的突觸功能和神經(jīng)網(wǎng)絡連接出現(xiàn)障礙。在PCCB敲低的類腦器官培養(yǎng)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，以實時監(jiān)測它們的生理活動。因此，MEAs成為使用人類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(yǎng)和信號檢測的重要性。

此外，還討論了MEA技術在研究體外神經(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(yī)療診斷和治療方面的未來發(fā)展和展望。這篇文章是對于神經(jīng)科學研究者和臨床醫(yī)生來說，尤其是那些對神經(jīng)疾病建模和干細胞技術感興趣的人，是一篇不可錯過的重要文獻。它不僅提供了當前該領域的全面回顧，還為未來的研究方向和應用提供了寶貴的洞見。