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利用类器官与微电极阵列技术(Mesh MEA)探索视网膜发育

日期:2025-11-10 15:17
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摘要:干细胞衍生的类器官与器官芯片技术的前沿进展正在革新视网膜研究。源自健康及患者捐赠者的人类诱导多能干细胞(hiPSCs)的视网膜类器官,提供了高度模拟人类眼睛的体外模型。这些系统不仅为动物实验提供了伦理替代方案,更为理解视网膜疾病机制和开发个性化疗法开辟了新途径。 然而,现有模型仍面临神经元连接有限、缺乏血管结构及重现性不一致等挑战。值得欣喜的是,材料科学与电子学通过促进组织成熟和实现神经元活动的实时监测,正在弥补这些技术鸿沟。

干细胞衍生的类器官与器官芯片技术的前沿进展正在革新视网膜研究。源自健康及患者捐赠者的人类诱导多能干细胞(hiPSCs)的视网膜类器官,提供了高度模拟人类眼睛的体外模型。这些系统不仅为动物实验提供了伦理替代方案,更为理解视网膜疾病机制和开发个性化疗法开辟了新途径。


然而,现有模型仍面临神经元连接有限、缺乏血管结构及重现性不一致等挑战。值得欣喜的是,材料科学与电子学通过促进组织成熟和实现神经元活动的实时监测,正在弥补这些技术鸿沟。




低吸附6孔板中的视网膜类器官培养


初期我们采用时序化学诱导与生长因子,在低吸附平板培养小鼠视网膜类器官,成功启动早期视网膜分化。该方法可模拟早期视网膜发育过程,获得包含光感受器在内的多种视网膜细胞类型。但视网膜神经节细胞(RGCs)主要聚集于类器官内部区域,传统2D微电极阵列电极难以记录到其电活动信号。这激发了我们对保持结构完整性的同时实现电生理功能评估这样先进测试平台的迫切需求。






结构维持与功能捕获:3D 全息类器官网状MEA(Mesh MEAs)


与传统2D电极不同,Multi Channel Systems研发的3D 全息类器官网状MEA可以允许类器官围绕电极周围生长,从而实现对视网膜内部细胞的稳定长期监测。通过保持神经元架构完整性并捕获功能信号,Mesh MEA为更精确的光响应检测及深入探索视网膜发育与疾病机制提供了可能。


这种网状的微电极阵列采用柔性聚酰亚胺网格材料,60个电极精确定位于网格节点。当视网膜类器官接种于网格时,其在生长过程中会自然的包裹住网格结构。这种设计使电极能够记录位于类器官内部的视网膜神经节细胞的活动,同时为神经节细胞提供向外延伸的”触手”的生长空间。这项创新技术显著提升了视网膜类器官自发电活动、网络连接性及光刺激响应的测量精度。





研究展望


我们正在为开发功能性人类视网膜类器官奠定基础,这将为疾病建模、个性化治疗及新一代视觉研究开启全新可能。通过与Multi Channel Systems的合作,我们利用Mesh MEA成功捕获动态视网膜类器官的活动。这项突破性成果离不开多学科交叉融合——干细胞生物学、材料科学与电子学领域的专业知识协同攻克了这项复杂的挑战。通过整合这些学科优势,我们正在推动视网膜诊断与治疗技术的进步,持续拓展视网膜研究的疆界。


本文由荷兰拉德堡德大学医学中心眼科学系的Zohreh Hosseinzadeh(博士后研究员)与Yagmur Demircan Yalcin(博士)共同撰写。

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