KAIST：“可精细测量大脑类器官…有望替代动物实验”等前景

by Jeong Ilwoong

Published 14 Jan.2025 08:10(KST)

一套能够测量脑类器官发出的微弱电生理信号的监测系统已经被开发出来。类器官是以人源干细胞为基础制备的三维细胞集合体。近年来，它作为可替代动物实验模型和二维细胞培养模型的实验平台而备受关注。

但由于脑、心脏等类器官只产生极其微小的电信号，因此要测量类器官中产生的电生理信号一直非常困难。此次开发的监测系统被认为具有重要意义，因为它有望成为克服这一局限的依据。

（后排自左起）Lee Hyeonju 教授、Son Miyoung 博士、Lee Miok 博士，（前排自左起）Kim Giyeop 博士研究生、Lee Youngseon 博士研究生。KAIST 提供

KAIST表示，电气及电子工程系 Lee Hyeonju 教授研究团队与韩国生物工程研究院国家议题研究部 Son Miyoung 部长研究团队、干细胞融合研究中心 Lee Miok 博士研究团队共同开发出了用于非侵入性测量类器官电生理信号的“高伸缩性凸起式微电极阵列平台”，相关成果于14日公布。

迄今为止，类器官相关研究主要以基因分析为主，对类器官功能性的研究相对不足。从同一角度看，为实现有效的药物评价和精细的生物学研究，亟需开发在保持类器官三维形态和状态的同时，能够实时监测其功能的技术。

尤其是对会产生电信号的脑和心脏类器官进行电生理信号测量时，由于根据类器官的制备方式不同，其尺寸从数百微米（μm）到数毫米（㎜）不等，形态也不规则，要在不破坏类器官的前提下使电极紧密贴合其外表面并进行测量，被认为极为困难。

为此，联合研究团队开发出了能够根据类器官的大小和形态自行伸展并贴合其表面的高伸缩性凸起式微电极阵列。利用这一阵列，团队成功实现了对类器官中产生的电生理信号变化的实时测量与评估。

联合研究团队通过开发微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）工艺，制备了基于蛇形（Serpentine）结构的高伸缩性微电极阵列，并采用电沉积工艺制备了凸起式微电极。

联合研究团队解释称，凸起式微电极可以使电极更牢固地贴合在类器官上，在不对类器官造成损伤的情况下，实现对电生理信号的稳定测量。

KAIST 教授 Lee Hyeonju 表示：“联合研究团队开发的高伸缩性凸起式微电极阵列可应用于不同尺寸的类器官，具有能够实时测量并评估类器官状态的优势。预计该技术在新药开发过程中，可直接用于替代实验动物，或用于作为再生治疗制剂时对类器官的质量进行评估。”

此外，本研究得到了产业通商资源部“3D生物组织芯片基础新药开发平台构建技术开发项目”、科学技术信息通信部“国产研究设备技术竞争力强化项目”以及“生物与医疗技术开发项目”的资助。

研究中，KAIST 电气及电子工程系博士研究生 Kim Gieop 和韩国生物工程研究院博士研究生 Lee Youngseon 作为第一作者参与。研究成果发表于国际学术期刊《Advanced Materials》，并于去年12月15日在线公开。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。