Cell Stem Cell：郭峰團隊開(kāi)發(fā)新型類(lèi)器官技術(shù)平臺，解決壞死、缺氧等問(wèn)題

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作者：王聰來(lái)源：生物世界

2025-03-19

印第安納大學(xué)郭峰團隊分別在類(lèi)器官培養和AI計算領(lǐng)域取得成果，開(kāi)發(fā)新支架及混合計算系統。

類(lèi)器官（Organiod），是從干細胞衍生出的三維器官樣組織培養物，在發(fā)育生物學(xué)、藥物發(fā)現和再生醫學(xué)領(lǐng)域展現出巨大的潛力。然而，當前類(lèi)器官的功能和表型，尤其是神經(jīng)類(lèi)器官，仍受到氧氣、營(yíng)養物質(zhì)、代謝物、信號分子和藥物擴散不足的限制。

2025年3月17日，印第安納大學(xué)伯明頓分校郭峰團隊（蔡虹威為第一作者）在 Cell 子刊Cell Stem Cell上發(fā)表了題為：Vascular network-inspired diffusible scaffolds for engineering functional midbrain organoids的研究論文【1】。

該研究開(kāi)發(fā)了一種受血管網(wǎng)絡(luò )啟發(fā)的可擴散支架，用于構建功能性中腦類(lèi)器官，能夠在常規培養板中減少類(lèi)器官的壞死、缺氧等問(wèn)題，還增強了類(lèi)器官的生理相關(guān)功能和藥理學(xué)反應。

構建功能性中腦類(lèi)器

郭峰，2007年本科畢業(yè)于武漢大學(xué)物理系，2015年博士畢業(yè)于賓夕法尼亞州立大學(xué)，獲得工程科學(xué)與力學(xué)博士學(xué)位，此后在斯坦福大學(xué)接受博士后訓練。現為印第安納大學(xué)伯明頓分校智能系統工程系研究員。研究方向集中在基于微流控、聲學(xué)和人工智能的智能生物醫學(xué)設備、傳感器和系統的開(kāi)發(fā)，以及用于大腦疾病和癌癥的轉化應用。

在這項最新研究中，研究團隊提出了一種受血管網(wǎng)絡(luò )啟發(fā)的可擴散（vascular network-inspired diffusible，VID）支架，以模擬生理擴散物理特性，用于生成功能性類(lèi)器官，并表征其藥物反應。

具體而言，通過(guò) 3D 打印的網(wǎng)狀管狀通道網(wǎng)絡(luò )構成的 VID 支架，在常用的培養板中成功培育出了人類(lèi)中腦類(lèi)器官（human midbrain organoid），而且幾乎沒(méi)有壞死和缺氧現象。

與傳統類(lèi)器官相比，該研究構建的類(lèi)器官發(fā)育出更具生理相關(guān)性的特征和功能，包括中腦特異性身份、氧代謝、神經(jīng)元成熟以及網(wǎng)絡(luò )活動(dòng)。此外，與存在顯著(zhù)擴散限制的傳統類(lèi)器官相比，這些經(jīng)過(guò)工程改造的類(lèi)器官還能更好地重現藥理學(xué)反應，例如對藥物暴露后的神經(jīng)活動(dòng)變化。

該研究的亮點(diǎn)：

● 3D 打印支架模擬血管網(wǎng)絡(luò )的生理擴散物理特性；

● 工程化 3D 類(lèi)器官培養物，減少壞死、缺氧和細胞應激；

● 增強了類(lèi)器官的生理相關(guān)功能和藥理學(xué)反應。

提供新見(jiàn)

總的來(lái)說(shuō)，該平臺可能為類(lèi)器官的開(kāi)發(fā)和治療創(chuàng )新提供新見(jiàn)解。

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2023年12月12日，印第安納大學(xué)伯明頓分校郭峰團隊（蔡虹威為第一作者）在Nature子刊Nature Electronics上發(fā)表了題為：Brain organoid reservoir computing for artificial intelligence的研究論文【2】。

該研究開(kāi)發(fā)了一種由電子硬件和大腦類(lèi)器官（Brain organoid）組成的混合神經(jīng)形態(tài)計算系統，可以執行如語(yǔ)音識別和非線(xiàn)性方程預測等人工智能（AI）任務(wù)。這一研究凸顯出一種可能的方法，或可克服現有計算硬件的一些限制。