人脑类器官（hBOs）因其能够模拟人脑发育的关键特征和复杂性，已成为神经科学研究中不可或缺的模型。然而，当前生成hBOs的“金标准”方法存在显著局限：流程繁琐复杂、耗时耗力，且不同批次乃至同一批次内的类器官在形态上存在较大变异，导致实验结果的可重复性不佳。虽然已有研究尝试简化培养方法，但大多缺乏系统的生物学验证，特别是多组学层面的深入分析，而这对于神经生物学研究至关重要。

近日，武汉大学组织工程与器官制造实验室（TEOM Lab）陈璞教授团队和中科院精密测量科学与技术创新研究院胡锐研究员在《Materials Today Bio》上发表了最新研究成果。团队成功开发了一种一体化微流控芯片（AIOMP），用于人全脑类器官（hBOs）的生成与长期培养。该平台不仅显著简化了脑类器官的培养流程，更通过全面的多组学分析（转录组、蛋白质组、代谢组）证实，其所生成的脑类器官在神经发生、皮质形成及功能成熟度上，与真实人胎儿大脑具有更强的相关性，为神经生物学研究、神经系统疾病建模及药物评估提供了高度可靠、可重复的优质模型。

为解决上述挑战，研究团队设计并制备了AIOMP。该平台的核心优势在于：

• 一体化培养：AIOMP设计有独立的、可灌注的微培养腔室，将复杂的类器官培养流程集成于一个平台之上，极大简化了操作。

• 提升均一性与可重复性：标准化的微环境控制系统有效减少了类器官的形态变异，保证了批次间的高度一致性和实验结果的可靠性。

• 支持长期培养与实时观测：独特的灌注系统为类器官提供稳定的营养供给和代谢废物清除，支持其长达数月的成熟过程，并允许研究人员进行实时形态发生观测。

   

本研究最有力的支撑在于对AIOMP生成的hBOs进行了系统、深入的多组学功能验证：

• 转录组与蛋白质组分析：综合分析揭示，与传统方法生成的类器官相比，AIOMP-hBOs的神经发生和皮质生成过程更为显著，其基因和蛋白表达谱与人类胎儿大脑表现出更强的相关性。这表明AIOMP为类器官提供了一个更利于模拟大脑发育的微环境。

• 代谢组学分析：代谢层面的研究进一步证实，AIOMP培养的类器官在神经递质合成方面得到增强，提示其神经环路功能更为成熟。

• 神经电生理功能验证：团队通过电生理（Maestro Pro, Axion BioSystems）记录发现，在相同时间内，AIOMP-hBOs自发电发放数量和发放频率均高于对照组（Fig.5 F-I），表现出更成熟的电生理活动特性，这是神经网络功能成熟的关键指标，从功能层面验证了该平台的优越性。

   

研究团队开发的AIOMP平台，成功解决了当前脑类器官研究领域在标准化、可重复性及深入生物学验证方面的核心痛点。该研究不仅提供了一种简化、高效、可靠的类器官生成新方法，更从分子到功能层面证实了其所生成类器官的高度生物相关性。

该技术平台在基础神经生物学研究、神经系统疾病（如自闭症、阿尔茨海默病等）的机制探索与建模，以及中枢神经系统药物的安全性与有效性评估等领域均具有广阔的应用前景，有望推动相关领域取得突破性进展。

文献来源：

Wen Zhao, Yu Wang, Tao Chen, et al. All-in-one generation and multiomic profiling of human whole brain organoid on a millifluidic plate. Materials Today Bio36 (2026) 102653.

https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2025.102653