这可能是世界上最小的脑电图电极帽，用于测量圆点大小的大脑模型的活动。它的设计者希望该设备能让人们更好地了解神经紊乱以及潜在危险化学物质如何影响大脑。
这项工程壮举由约翰霍普金斯大学的研究人员领导，今天在 《科学进展》杂志上详细介绍了这项壮举，它扩展了研究人员在类器官方面所能完成的工作，包括微型大脑——实验室培养的模拟大脑部分结构和功能的人类细胞球。
“这为了解人类大脑的发育和运作提供了一个重要的工具，”约翰霍普金斯大学的化学和生物分子工程师、该研究的发起人之一戴维·格雷西亚(David Gracias)说。“为微型器官制造微型仪器是一项挑战，但这项发明对新研究至关重要。”
自从十多年前类器官第一次被创造出来以来，研究人员已经修改了干细胞来创造小规模的肾脏、肺、肝脏和大脑。复杂的微型模型被用来研究器官是如何发育的。研究人员研究未改变的类器官，旁边是基因改造的类器官，注射了病毒，暴露在化学物质中。类器官，尤其是微型大脑，在医学研究中越来越重要，因为它们可以用于实验，否则需要进行人体或动物试验。
但由于传统的类器官检测仪器是平的，研究人员只能检测其表面的有限细胞。格雷西亚斯说，了解大量类器官细胞发生了什么将有助于理解器官功能和疾病的进展。
他说:“我们想从大脑中尽可能多的细胞中获取信息，这样我们就能知道细胞的状态，它们是如何交流的，以及它们的时空电模式。”
人类“不是‘扁平的斯坦利’，”作者之一、彭博学院环境健康与工程系的助理研究员莉娜·斯米尔诺娃(Lena Smirnova)说。“平面测量有固有的局限性。”
用绿色表示的类脑器官，包裹在蓝色外壳电极装置中。图片来源:黄琪，Gayatri Pahapale，约翰霍普金斯大学Gracias实验室
受用于检测脑肿瘤的电极点状头盖骨的启发，研究小组用带有导电聚合物涂层金属电极的自折叠聚合物小叶为类脑器官创造了微型脑电图帽。微帽包裹在类器官的整个球形表面，使整个表面的3D记录成为可能，这样，研究人员就可以在药物测试期间听到神经元自发的电交流。
该数据有望优于平板上传统电极的电流读数。
“如果你在一个平面上录音，你只能从一个3D类器官球体的底部获得录音。然而，类器官不仅仅是一个均匀的球体，”第一作者黄琦说，他是化学与生物分子工程博士候选人。“神经元细胞之间相互交流，这就是为什么我们需要它的时空映射。”
约翰霍普金斯大学布隆伯格公共卫生学院动物试验替代品中心主任、合著者托马斯·哈东说，有了来自类器官的更详细的信息，研究人员可以研究消费产品中使用的化学物质是否会导致大脑发育问题。
哈东说:“像杀虫剂这样的化学物质尤其可疑，因为许多化学物质通过破坏昆虫的神经系统来杀死昆虫。”“阻燃剂是我们需要关注的另一类化学物质。”
研究人员希望，从瓶盖读出的数据可以减少测试化学效应所需的动物数量。哈东说，传统的测试一种化学物质需要大约1000只老鼠，成本约为100万美元。他补充说，来自类器官的结果也更相关，因为人类大脑与大鼠和小鼠的大脑非常不同。
这项研究的共同作者包括唐博豪、July Carolina Romero、Yuqian Yang、Gayatri Pahapale、Tien-Jung Lee、Itzy E. Morales Pantoja、Cynthia Berlinicke、Terry Xiang、Mallory Solazzo和来自约翰霍普金斯大学的Brian S. Caffo、雪城大学的Saifeldeen Khalil Elsayed和Zhao Qin，以及来自华盛顿大学的Fang Han。
