同一装置连接 10 个类器官的给药与电活动记录

韩国研究团队将三维多电极阵列(MEA)与微流体给药通道结合,在同一装置上同时观察 10 个脑类器官。10 根细电极探针各带 6 个记录位点,伸入不同组织深度;2 条微通道各连接 5 个培养位点。装置用不同孔隙率的硅膜改变药物扩散量,使多个组织接受同一入口溶液、不同局部暴露。

5 个位点的膜孔隙率分别为 0、1.25%、2.5%、3.75% 和 5%。团队先用荧光素检查流速与膜孔隙率如何影响递送量,再用氯化钾诱发类器官放电。入口浓度、流速与扩散膜共同决定局部暴露;培养位点没有直接获得入口液的同一浓度。

SCN2A 患者类器官出现更强放电和核心细胞损伤

团队以 1 名携带 SCN2A c.4886G>T 变异的癫痫患者的诱导多能干细胞(iPSC)构建神经类器官,并与健康来源类器官比较。培养到第 45 天后,装置同时记录各 5 个患者与健康模型。患者类器官出现高频放电;用于放电率比较的样本为 7 个患者模型电极和 30 个对照电极,均为类器官内的记录位点。

患者类器官还出现更大的低氧区域和细胞死亡相关信号。作者提出,异常活跃的神经活动可能增加氧需求,促进核心损伤;这项解释来自模型中的活动和染色比较。类器官缺少血管供养,组织大小与培养时间也会影响核心状态。

卡马西平与氯巴占产生不同的急性反应

给药实验使用第 45 天患者类器官,以 3 µL/min 输送入口浓度为 10 mM 的卡马西平。孔隙率 2.5%–5% 的位点放电被抑制,1.25% 位点的活动下降,0 孔隙率位点未见显著变化。入口浓度为 1 mM 的氯巴占在 5% 孔隙率位点未抑制活动。结果显示,在该患者模型和急性递送条件下,两种药物的电活动反应不同。

装置同步记录不同给药强度下的组织内部电活动。实验没有实测各类器官内的药物浓度,也只测试了少量药物与单一患者来源模型;后续筛选还需要增加供者、药物和重复条件。

患者类器官的卡马西平与氯巴占急性电活动记录及波形。

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不同膜孔隙率位点的卡马西平放电反应,以及 5% 位点接受氯巴占后的记录。(Hyogeun Shin 等原研究作者 / Advanced Science, 2025, Figure 7;CC BY 4.0)

扩散串扰限制长时间独立给药

在 5 µL/min 流速的扩散模拟中,给药 5 分钟时邻近位点受影响较小;延长到 10 分钟后,邻近位置可出现约 10% 的相对浓度。作者提出增加推拉流路,以改善长时间实验的空间控制。类器官批次、尺寸和基质的差异也会改变递送与记录表现,短时程结果还不足以支持长期连续筛选。

来源与延伸阅读

  1. One‐Step Drug Screening System Utilizing Electrophysiological Activity in Multiple Brain Organoids. Advanced Science (2025). ↗