美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊(duì)與合作伙伴利用實(shí)驗(yàn)室中培育的“迷你大腦”（腦類器官），首次揭示了精神分裂癥和雙相情感障礙患者神經(jīng)元異常放電的獨(dú)特方式。這一發(fā)現(xiàn)有望為精神疾病的客觀診斷與個(gè)體化治療提供新思路。

精神分裂癥與雙相情感障礙影響著全球數(shù)以百萬計(jì)的人群，但由于缺乏明確的分子學(xué)診斷標(biāo)志，目前臨床主要依賴醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，藥物治療也多以“試錯(cuò)”方式進(jìn)行。研究負(fù)責(zé)人、約翰斯·霍普金斯大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師 Annie Kathuria 表示：“與帕金森病可以通過多巴胺水平輔助診斷不同，這些精神疾病沒有明確的分子靶點(diǎn)。我們希望未來通過類腦器官，不僅能確認(rèn)患者病情，還能測試藥物濃度，尋找可能的個(gè)體化治療方案?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)通過將精神分裂癥、雙相障礙患者以及健康志愿者的血液或皮膚細(xì)胞重編程為干細(xì)胞，再進(jìn)一步誘導(dǎo)形成含有多種前額葉皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞類型的類腦器官。這些類器官直徑約3毫米，具備一定的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和髓鞘包裹功能，能夠模擬人腦信號傳導(dǎo)特征。

利用嵌有多電極陣列的微芯片，團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)記錄類腦器官神經(jīng)元的電活動(dòng)，并結(jié)合新型機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分類。結(jié)果顯示，類腦器官的神經(jīng)放電模式可以作為疾病“生物標(biāo)志物”，在區(qū)分健康與疾病來源樣本時(shí)準(zhǔn)確率達(dá) 83%，在通過輕微電刺激增強(qiáng)信號后，準(zhǔn)確率進(jìn)一步提升至 92%。

研究發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥和雙相障礙類腦器官的放電表現(xiàn)出復(fù)雜而獨(dú)特的電生理特征——在多個(gè)時(shí)間間隔和不同參數(shù)下同時(shí)出現(xiàn)尖峰與異常波動(dòng)，從而形成區(qū)別于健康樣本的“疾病指紋”。

盡管目前研究僅涉及12名患者，但 Kathuria 強(qiáng)調(diào)，這一成果為精神疾病診斷和藥物研發(fā)建立了關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。團(tuán)隊(duì)已與神經(jīng)外科醫(yī)生和精神科醫(yī)生合作，計(jì)劃采集更多患者血液樣本，進(jìn)一步驗(yàn)證不同藥物劑量對類腦器官的作用。

她指出：“目前精神科常用藥物克洛氮平對約40%的精神分裂癥患者無效。傳統(tǒng)的試錯(cuò)用藥可能需要半年才能找到合適的方案，而如果能通過類腦器官預(yù)測有效藥物，我們就能大大縮短這一過程?！?/p>

參考文獻(xiàn)：APL Bioengineering?(2025).?DOI: 10.1063/5.0250559

編輯：王洪

排版：李麗