為何把腦類器官芯片“送上天”(趣科普)

網友:7月16日,我讀到天舟九號貨運飛船運送太空“快遞”的報道,其中包含腦類器官芯片。我很好奇,什麼是腦類器官芯片?它能發揮哪些作用?它與腦機接口有何不同?
7月15日,一款腦類器官芯片搭載天舟九號貨運飛船進入太空,這是國際上首次將腦類器官芯片送入空間站。中國空間站也將開展基於腦類器官芯片的生命科學研究。
為了回答讀者問題,記者採訪了腦類器官芯片空間科學實驗項目負責人。
問:什麼是腦類器官芯片?
答:腦類器官芯片,是以人多能干細胞為來源,在芯片上構建3D微型腦模型,用於模擬腦器官生理、病理響應。
通俗點說,就是在信用卡大小的芯片上構建一個高仿真的微型腦模型。這個“腦類器官”包含豐富的腦微血管網絡和神經細胞、免疫細胞等,能夠模擬近似大腦的部分結構和功能,可以為研究真實的人腦提供參考,為疾病建模、機制研究和藥物篩選等提供一種新的工具和研究途徑。
其實,我國科研人員已經可以在芯片上構建模仿人體的多種器官類型,比如腦、肝、腎等,比傳統靜態細胞培養提供更貼近人體的真實環境。
問:為何把腦類器官芯片“送上天”?
答:把腦類器官芯片送入空間站,主要是為了探索太空環境對人腦健康的影響。
太空中的微重力、輻射等因素可能會干擾人類神經系統功能。長期在軌的航天員經常出現頭暈、睡眠障礙、注意力減退等症狀,但具體機制尚不明確。讓腦類器官芯片模型暴露於空間微重力等環境下,就能進一步研究腦類器官受到的影響,不僅有助於“還原問題”,還有可能找出解決方案。
這項工作的意義並不局限於太空,還有“空—地轉移”的應用前景。
現有研究顯示,空間特殊環境能夠加速導致機體出現衰老或功能衰退。也就是說,這種“上天”試驗提供了一種非常獨特的“加速窗口”,有可能誘發地面上通常需要數月甚至數年出現的一些疾病病理改變。因此,科研人員就能為阿爾茨海默病、帕金森病等地面腦疾病研究提供相應的“加速窗口”,助力早期診斷與治療評估方法的創新。
問:腦類器官芯片與腦機接口有何不同?
答:盡管腦類器官芯片和腦機接口都與大腦相關,都是為了深入理解腦功能,但具體目的和實現路徑有所不同。
腦類器官芯片著重在體外仿生人腦的主要結構與功能特征,用於腦發育、疾病研究和藥物篩選等。腦機接口則是一種人腦與設備交互的技術系統,主要用於採集大腦電信號,實現人腦對機械或計算機的控制,比如用意念操控假肢等。簡而言之,腦類器官芯片偏向“腦器官模擬”,注重腦疾病探究等,腦機接口偏向“人機交互”,注重服務功能擴展。
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