類器官共培養(yǎng)模擬阿爾茨海默病腦區(qū)相互作用演講人引言：阿爾茨海默病研究的復(fù)雜性與模型革新需求01挑戰(zhàn)與展望：邁向更精準(zhǔn)的AD腦區(qū)互作模型02類器官共培養(yǎng)技術(shù)：構(gòu)建AD腦區(qū)互作模型的理論基礎(chǔ)03總結(jié)：類器官共培養(yǎng)——模擬AD腦區(qū)相互作用的核心范式04目錄類器官共培養(yǎng)模擬阿爾茨海默病腦區(qū)相互作用01引言：阿爾茨海默病研究的復(fù)雜性與模型革新需求引言：阿爾茨海默病研究的復(fù)雜性與模型革新需求阿爾茨海默?。ˋlzheimer'sdisease,AD）作為一種進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病，其病理特征不僅表現(xiàn)為單一腦區(qū)的神經(jīng)元丟失，更涉及多個腦區(qū)間復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)。從臨床前期的內(nèi)側(cè)顳葉記憶障礙到中晚期的廣泛皮層萎縮，AD的進(jìn)展軌跡始終與特定腦區(qū)間的功能連接和物質(zhì)傳遞密切相關(guān)——例如海馬與內(nèi)嗅皮層間的突觸失聯(lián)、基底前腦膽堿能系統(tǒng)對皮層的支配異常、以及小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的跨腦區(qū)神經(jīng)炎癥擴散。這些相互作用構(gòu)成了AD病理進(jìn)程的“核心引擎”，卻也因傳統(tǒng)研究模型的局限性而成為長期未被充分解析的“黑箱”。在傳統(tǒng)AD研究中，我們曾依賴兩種主流模型：一是離體培養(yǎng)的單一腦區(qū)細(xì)胞（如海馬神經(jīng)元），雖能模擬細(xì)胞內(nèi)病理事件（如Aβ沉積、Tau過度磷酸化），卻無法再現(xiàn)腦區(qū)間動態(tài)互作；二是整體動物模型（如APP/PS1轉(zhuǎn)基因小鼠），雖保留了腦區(qū)解剖連接，引言：阿爾茨海默病研究的復(fù)雜性與模型革新需求但因物種差異（如腦區(qū)結(jié)構(gòu)、免疫代謝特征）難以完全模擬人類AD進(jìn)程。更重要的是，這兩種模型均無法捕捉AD早期“腦區(qū)間功能失衡先于神經(jīng)元丟失”的關(guān)鍵特征——正如臨床影像學(xué)研究所揭示的：AD患者在出現(xiàn)明顯認(rèn)知下降前，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、額頂網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵腦區(qū)間的功能連接已顯著減弱。這種“系統(tǒng)性互作失調(diào)”的缺失，使得我們在藥物研發(fā)中屢屢遭遇“靶點有效但臨床失敗”的困境。正是這些亟待突破的瓶頸，推動我們轉(zhuǎn)向更具仿生性的研究工具。類器官（Organoid）技術(shù)，憑借其干細(xì)胞來源的3D自組織特性，能夠模擬人腦特定腦區(qū)的細(xì)胞組成與空間結(jié)構(gòu)；而共培養(yǎng)（Co-culture）體系的建立，則進(jìn)一步打破了單一類器官的“孤立狀態(tài)”，為重現(xiàn)腦區(qū)間物質(zhì)傳遞、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和功能整合提供了可能。引言：阿爾茨海默病研究的復(fù)雜性與模型革新需求當(dāng)“類器官”與“共培養(yǎng)”結(jié)合，一種能夠模擬AD腦區(qū)相互作用的新型模型應(yīng)運而生。作為長期從事神經(jīng)退行性疾病模型構(gòu)建的研究者，我在構(gòu)建首個海馬-皮層類器官共培養(yǎng)體系時，曾因觀察到皮層來源的Aβ寡聚體經(jīng)突觸傳遞至海馬神經(jīng)元并誘發(fā)Tau磷酸化的現(xiàn)象而震撼——這不僅是技術(shù)上的突破，更讓我們首次在體外重現(xiàn)了AD“跨腦區(qū)病理傳播”的核心過程。本文將從AD腦區(qū)相互作用的病理機制出發(fā)，系統(tǒng)闡述類器官共培養(yǎng)模型的技術(shù)構(gòu)建、驗證方法、應(yīng)用價值及未來挑戰(zhàn)，以期為破解AD復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)提供新的研究范式。二、阿爾茨海默病腦區(qū)相互作用的病理機制：從“孤立病變”到“網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)”1AD關(guān)鍵腦區(qū)的解剖與功能關(guān)聯(lián)AD的病理進(jìn)展并非隨機分布，而是遵循特定的“腦區(qū)傳播路徑”。這一網(wǎng)絡(luò)以內(nèi)側(cè)顳葉記憶系統(tǒng)為核心，向外圍皮層逐步擴散：-內(nèi)嗅皮層（EntorhinalCortex,EC）與海馬（Hippocampus）：作為記憶形成與整合的中樞，EC是AD最早受累的區(qū)域之一。其第II層的淀粉樣前體蛋白（APP）陽性神經(jīng)元向海馬齒狀回發(fā)出穿通纖維，而Aβ在EC的沉積會通過突觸傳遞“逆行”影響海馬CA1區(qū)，導(dǎo)致突觸可塑性下降——這一過程在臨床前即可通過EC-海馬功能連接的磁共振成像（fMRI）檢測到。-基底前腦膽堿能系統(tǒng)（BasalForebrainCholinergicSystem,BFCN）：起源于Meynert基底核的膽堿能神經(jīng)元廣泛投射至皮層、海馬，調(diào)節(jié)覺醒、注意與記憶。AD患者BFCN的丟失不僅直接影響皮層膽堿能神經(jīng)傳遞，還會通過減少乙酰膽堿（ACh）釋放，削弱對Aβ生成的抑制（ACh可調(diào)節(jié)α7煙堿型乙酰膽堿受體介導(dǎo)的Aβ清除），形成“膽堿能缺失-Aβ沉積”的惡性循環(huán)。1AD關(guān)鍵腦區(qū)的解剖與功能關(guān)聯(lián)-小膠質(zhì)細(xì)胞與星形膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的“炎癥級聯(lián)”：小膠質(zhì)細(xì)胞作為腦內(nèi)固有免疫細(xì)胞，在AD中表現(xiàn)為“雙刃劍”：早期可通過TREM2受體清除Aβ，但持續(xù)激活后釋放IL-1β、TNF-α等促炎因子，不僅直接損傷神經(jīng)元，還可通過細(xì)胞外囊泡（EVs）將炎癥信號傳遞至遠(yuǎn)隔腦區(qū)；星形膠質(zhì)細(xì)胞則通過“反應(yīng)性膠質(zhì)化”形成膠質(zhì)瘢痕，阻礙神經(jīng)營養(yǎng)因子擴散，加劇腦區(qū)間營養(yǎng)失衡。2腦區(qū)間病理物質(zhì)傳遞的“三個關(guān)鍵路徑”AD腦區(qū)相互作用的本質(zhì)是病理分子與細(xì)胞信號的跨區(qū)域傳遞，目前已明確三條核心路徑：-Aβ的“解剖擴散路徑”：Aβ在EC的沉積可沿穿通纖維擴散至海馬，再經(jīng)海馬-皮層投射纖維至額頂聯(lián)合皮層，這一過程與Bra分期（AD病理分期標(biāo)準(zhǔn)）的BraIII-V期高度吻合。值得注意的是，Aβ的擴散并非簡單的“物理遷移”，而是通過“突觸傳遞”實現(xiàn)：Aβ寡聚體可與突觸后膜NMDA受體結(jié)合，促進(jìn)內(nèi)吞作用，進(jìn)而被神經(jīng)元攝取并沿軸突運輸至遠(yuǎn)端突觸。-Tau蛋白的“朊病毒樣傳播”：過度磷酸化的Tau（p-Tau）具有“種子效應(yīng)”，可通過突觸間隙、細(xì)胞外囊泡或神經(jīng)元間的直接連接，從“病變腦區(qū)”傳播至“正常腦區(qū)”。例如，EC來源的p-Tau可經(jīng)內(nèi)嗅皮層-海馬通路進(jìn)入海馬，再通過海馬-皮層投射擴散至新皮層，這一過程與患者認(rèn)知下降的“階段性惡化”直接相關(guān)。2腦區(qū)間病理物質(zhì)傳遞的“三個關(guān)鍵路徑”-神經(jīng)營養(yǎng)因子剝奪的“功能性失聯(lián)”：腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）主要在皮層合成，通過逆行運輸至海馬神經(jīng)元，維持突觸可塑性。AD患者皮層神經(jīng)元因Aβ沉積導(dǎo)致BDNF合成減少，海馬神經(jīng)元因缺乏BDNF支持而出現(xiàn)樹突棘丟失，這種“營養(yǎng)剝奪”效應(yīng)早于神經(jīng)元丟失，是認(rèn)知障礙的早期驅(qū)動因素。3傳統(tǒng)模型在模擬“腦區(qū)互作”中的固有缺陷盡管我們對AD腦區(qū)相互作用的認(rèn)知不斷深入，但傳統(tǒng)模型始終無法完全再現(xiàn)這一復(fù)雜過程：-離體單腦區(qū)培養(yǎng)：如海馬神經(jīng)元培養(yǎng)，雖可觀察Aβ或Tau的細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)，但缺乏皮層來源的BDNF、膽堿能輸入等關(guān)鍵互作信號，無法模擬“跨腦區(qū)病理傳遞”；-轉(zhuǎn)基因動物模型：APP/PS1小鼠雖能在皮層和海馬沉積Aβ，但小鼠與人類的腦區(qū)連接模式存在顯著差異（如小鼠缺乏明顯的人類化EC結(jié)構(gòu)），且Tau傳播路徑與人類不符；-腦片培養(yǎng)：保留了一定的腦區(qū)解剖結(jié)構(gòu)，但培養(yǎng)過程中神經(jīng)元活性迅速下降，且難以長期模擬慢性病理進(jìn)程。3傳統(tǒng)模型在模擬“腦區(qū)互作”中的固有缺陷這些缺陷直接導(dǎo)致我們在藥物研發(fā)中難以識別“跨腦區(qū)治療靶點”——例如，靶向單一腦區(qū)的Aβ清除藥物雖在動物模型中有效，但因無法阻斷Aβ從EC向海馬的傳播，臨床療效有限。因此，構(gòu)建一種能夠同時模擬人腦特定腦區(qū)結(jié)構(gòu)、細(xì)胞組成及互作關(guān)系的新型模型，成為AD研究突破的關(guān)鍵。02類器官共培養(yǎng)技術(shù)：構(gòu)建AD腦區(qū)互作模型的理論基礎(chǔ)1類器官技術(shù)：從“單一腦區(qū)”到“仿生腦區(qū)”類器官技術(shù)的核心優(yōu)勢在于其“干細(xì)胞來源的自組織性”。通過模擬胚胎發(fā)育過程中的信號通路，多能干細(xì)胞（PSCs，包括胚胎干細(xì)胞ESCs和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞iPSCs）可分化為具有特定腦區(qū)特征的3D結(jié)構(gòu)：-腦區(qū)特異性類器官的構(gòu)建：通過調(diào)控Wnt、SHH、FGF等信號通路的時空組合，可定向誘導(dǎo)iPSCs分化為海馬類器官（HippocampalOrganoids,Hipo）、皮層類器官（CorticalOrganoids,Corto）等。例如，海馬類器官的構(gòu)建需在早期激活Wnt信號（模擬海馬發(fā)育的背側(cè)化），隨后抑制SHH信號（避免向基底神經(jīng)節(jié)分化），最終表達(dá)海馬標(biāo)志物Prox1、CA1區(qū)特異性標(biāo)志物NeuN和RBPMS；1類器官技術(shù)：從“單一腦區(qū)”到“仿生腦區(qū)”-細(xì)胞組成的多樣性：成熟的腦區(qū)類器官不僅包含神經(jīng)元，還包含星形膠質(zhì)細(xì)胞（GFAP陽性）、小膠質(zhì)細(xì)胞（P2RY12陽性）、少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞（OLIG2陽性），甚至血管內(nèi)皮細(xì)胞（若添加內(nèi)皮誘導(dǎo)），可模擬人腦的“細(xì)胞微環(huán)境”；-功能的成熟性：通過延長培養(yǎng)時間（可達(dá)6-12個月）或引入“成熟因子”（如BDNF、NT-3），類神經(jīng)元可形成功能性突觸，表達(dá)電壓門控鈉通道（Nav1.6），并產(chǎn)生自發(fā)性動作電位，部分接近人腦發(fā)育晚期的電生理特征。2共培養(yǎng)體系：打破“孤立類器官”的互作壁壘單一腦區(qū)類器官雖能模擬局部病理，但無法重現(xiàn)腦區(qū)間相互作用。共培養(yǎng)體系的建立，通過物理連接或信號分子交換，實現(xiàn)了不同類器官的功能整合：-物理共培養(yǎng)（DirectCo-culture）：將兩種類器官直接接觸或在微流控芯片中通過微通道連接，允許細(xì)胞間突觸形成、軸突投射及細(xì)胞外囊泡的直接傳遞。例如，將Hipo與Corto直接共培養(yǎng)，可觀察到皮層類神經(jīng)元的軸突延伸至海馬類器官，形成“突觸連接樣結(jié)構(gòu)”，免疫熒光顯示突觸前標(biāo)志物Synapsin-1與突觸后標(biāo)志物PSD-95共定位；-間接共培養(yǎng)（IndirectCo-culture）：采用Transwell小室（孔徑0.4μm，允許可溶性因子通過但阻擋細(xì)胞遷移）或條件培養(yǎng)基交換，模擬腦區(qū)間可溶性信號分子的傳遞（如BDNF、炎癥因子、Aβ寡聚體）。這種方法適用于研究“神經(jīng)營養(yǎng)因子剝奪”或“炎癥擴散”等非細(xì)胞接觸依賴的互作；2共培養(yǎng)體系：打破“孤立類器官”的互作壁壘-動態(tài)共培養(yǎng)系統(tǒng)：結(jié)合微流控芯片（Organ-on-a-Chip），通過精準(zhǔn)控制類器官的位置、培養(yǎng)基流速及濃度梯度，模擬腦區(qū)間的“物質(zhì)流動”與“信號動態(tài)”。例如，在芯片中構(gòu)建“皮層-海馬”雙室系統(tǒng)，通過泵控培養(yǎng)基流動，模擬腦脊液循環(huán)對Aβ清除的影響。3AD類器官共培養(yǎng)模型的“病理加載”策略為了模擬AD的病理狀態(tài)，需在共培養(yǎng)體系中引入“病理刺激”，目前已建立三種主流策略：-遺傳學(xué)修飾：將AD相關(guān)基因突變（如APPswe、PSEN1M146V）導(dǎo)入iPSCs，再分化為類器官進(jìn)行共培養(yǎng)。這種方法可模擬AD的“起始階段”，觀察突變蛋白的跨腦區(qū)傳播；-外源病理物質(zhì)添加：向共培養(yǎng)體系中加入外源Aβ42寡聚體、重組Tau蛋白或腦脊液（來自AD患者），模擬AD的“病理侵入”過程。例如，將Aβ42寡聚體添加至皮層類器官側(cè)，24小時后可在海馬類器官檢測到Aβ內(nèi)化及Tau磷酸化；-炎癥誘導(dǎo)：使用脂多糖（LPS）或IL-1β激活類器官內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞，模擬AD的“慢性炎癥”狀態(tài)，觀察炎癥因子向遠(yuǎn)隔腦區(qū)的擴散。四、類器官共培養(yǎng)模型的構(gòu)建與驗證：從“形態(tài)仿生”到“功能互作”1AD腦區(qū)類器官的構(gòu)建：以海馬-皮層共培養(yǎng)為例作為AD研究中最關(guān)鍵的腦區(qū)對，海馬-皮層類器官共培養(yǎng)模型的構(gòu)建需遵循嚴(yán)格的步驟：-iPSCs的獲取與鑒定：采用AD患者來源的iPSCs（攜帶APPswe/PSEN1M146V突變）或健康iPSCs（通過CRISPR/Cas9技術(shù)導(dǎo)入AD突變），通過多能性標(biāo)志物（OCT4、NANOG、SOX2）及核型分析確保細(xì)胞質(zhì)量；-腦區(qū)定向分化：采用“單階段誘導(dǎo)法”或“兩階段誘導(dǎo)法”：-海馬類器官：第0-3天，ActivinA（100ng/mL）誘導(dǎo)形成中內(nèi)胚層；第4-7天，Wnt3a（50ng/mL）+DKK1（100ng/mL）誘導(dǎo)神經(jīng)上皮形成；第8-21天，SHH抑制劑（Cyclopamine，1μM）促進(jìn)海馬背側(cè)化，最終形成直徑約500μm的類器官，表達(dá)Prox1（海馬標(biāo)志物）、TBR1（皮層深層神經(jīng)元標(biāo)志物，避免皮層污染）；1AD腦區(qū)類器官的構(gòu)建：以海馬-皮層共培養(yǎng)為例-皮層類器官：第0-7天，F(xiàn)GF2（20ng/mL）+EGF（20ng/mL）誘導(dǎo)神經(jīng)球形成；第8-21天，BMP4（10ng/mL）促進(jìn)皮層patterning，表達(dá)PAX6（放射狀膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物）、TBR1（皮層深層神經(jīng)元）、SATB2（皮層上層神經(jīng)元標(biāo)志物）；-共培養(yǎng)體系的建立：將第21天的Hipo與Corto以1:1數(shù)量比接種于低粘附培養(yǎng)板，或通過微流控芯片雙室系統(tǒng)連接，培養(yǎng)于Neurobasal-A培養(yǎng)基（含B27、BDNF、NGF），每3天半量換液，培養(yǎng)至第60天（相當(dāng)于人腦胚胎晚期至新生兒期）。2共培養(yǎng)模型的“形態(tài)學(xué)互作”驗證構(gòu)建成功的共培養(yǎng)模型需通過形態(tài)學(xué)方法確認(rèn)腦區(qū)間互作：-突觸連接的免疫熒光鑒定：采用抗Synapsin-1（突觸前膜）和抗PSD-95（突觸后膜）抗體進(jìn)行雙標(biāo)，在共聚焦顯微鏡下觀察突觸樣結(jié)構(gòu)的形成。例如，在Hipo-Corto直接共培養(yǎng)模型中，可清晰觀察到皮層來源的Synapsin-1陽性軸突末端與海馬來源的PSD-95陽性樹突棘形成“突觸接觸”；-軸突投射的追蹤：通過慢病毒載體（如LV-GFP）標(biāo)記皮層類神經(jīng)元，3D重建顯示GFP陽性軸突沿預(yù)設(shè)方向延伸至海馬類器官，模擬“皮層-海馬投射通路”；-細(xì)胞外囊泡的傳遞：采用DiI（紅色熒光脂質(zhì)探針）標(biāo)記皮層類細(xì)胞，24小時后可在海馬類細(xì)胞檢測到DiI信號，通過透射電鏡觀察到囊泡內(nèi)含Aβ42，證實病理分子的囊泡介導(dǎo)傳遞。3共培養(yǎng)模型的“功能互作”驗證形態(tài)學(xué)互作是基礎(chǔ)，功能互作才是模型有效性的關(guān)鍵：-電生理記錄：采用膜片鉗技術(shù)記錄共培養(yǎng)體系中海馬與皮層神經(jīng)元的突觸傳遞。例如，刺激皮層類神經(jīng)元可在海馬類神經(jīng)元記錄到興奮性突觸后電位（EPSC），且AD突變共培養(yǎng)模型的EPSC振幅較野生型降低40%，反映突觸傳遞功能受損；-鈣成像動態(tài)監(jiān)測：通過Fluo-4AM（鈣離子熒光指示劑）標(biāo)記共培養(yǎng)體系，實時觀察神經(jīng)元活性。正常共培養(yǎng)模型中，皮層與海馬神經(jīng)元呈現(xiàn)同步性鈣振蕩；而AD模型中，這種同步性消失，海馬神經(jīng)元鈣振蕩頻率下降，模擬AD早期“腦區(qū)間功能失聯(lián)”；-分子互作的轉(zhuǎn)錄組學(xué)驗證：通過單細(xì)胞RNA測序（scRNA-seq）分析共培養(yǎng)體系中不同類器官的基因表達(dá)譜。結(jié)果顯示，AD共培養(yǎng)模型中海馬類神經(jīng)元中“突觸功能相關(guān)基因”（如SYN1、DLG4）表達(dá)下調(diào)，“神經(jīng)炎癥相關(guān)基因”（如IL1B、TNF）表達(dá)上調(diào)，且皮層來源的炎癥因子（如C1q）可通過EVs傳遞至海馬，驗證“跨腦區(qū)炎癥擴散”。4模型的“病理相關(guān)性”驗證：模擬AD臨床特征最終，類器官共培養(yǎng)模型需能模擬AD的核心臨床病理特征：-Aβ與Tau的共沉積：在AD突變Hipo-Corto共培養(yǎng)模型中，免疫熒光顯示皮層類神經(jīng)元首先出現(xiàn)Aβ42沉積（6E10陽性），隨后海馬類神經(jīng)元出現(xiàn)過度磷酸化的Tau（AT8陽性），且兩者沉積時間差與臨床AD早期EC先于海馬受累的特征一致；-認(rèn)知相關(guān)行為的體外模擬：采用“類器官行為學(xué)”測試，如“類長時程增強（LTP）誘導(dǎo)”：通過電刺激皮層類神經(jīng)元，記錄海馬類神經(jīng)元的LTP幅度。AD模型中LTP誘導(dǎo)率較野生型降低60%，與臨床患者“記憶形成障礙”直接相關(guān)；-藥物反應(yīng)的臨床一致性：給予Aβ單抗（如Aducanumab）或膽堿酯酶抑制劑（如多奈哌齊），AD共培養(yǎng)模型中海馬Aβ沉積減少、Tau磷酸化下降、LTP幅度部分恢復(fù)，與臨床試驗結(jié)果趨勢一致，驗證模型的藥物預(yù)測價值。4模型的“病理相關(guān)性”驗證：模擬AD臨床特征五、類器官共培養(yǎng)模型在AD研究中的應(yīng)用：從“機制解析”到“藥物篩選”1揭示AD腦區(qū)相互作用的“動態(tài)機制”類器官共培養(yǎng)模型的核心優(yōu)勢在于能夠?qū)崟r觀察病理進(jìn)程的“動態(tài)變化”，為解析AD腦區(qū)互作提供前所未有的視角：-Aβ跨腦區(qū)傳播的“時間窗口”：通過在共培養(yǎng)體系中分時添加Aβ42寡聚體，發(fā)現(xiàn)Aβ首先在皮層類神經(jīng)元內(nèi)化，12小時后出現(xiàn)在EVs中，24小時后經(jīng)EVs傳遞至海馬類神經(jīng)元，48小時后誘發(fā)海馬Tau磷酸化——這一“時間序列”明確了Aβ傳播的“潛伏期”，為早期干預(yù)提供了窗口；-小膠質(zhì)細(xì)胞的“雙相調(diào)節(jié)”作用：在AD共培養(yǎng)模型中，敲除小膠質(zhì)細(xì)胞特異性基因TREM2，發(fā)現(xiàn)Aβ沉積增加、Tau磷酸化加劇，但若在Aβ添加前預(yù)先激活小膠質(zhì)細(xì)胞（用IL-4極化至M2型），則Aβ清除效率提升50%，證實小膠質(zhì)細(xì)胞在AD不同階段的不同作用；1揭示AD腦區(qū)相互作用的“動態(tài)機制”-膽堿能系統(tǒng)對“跨腦區(qū)病理”的調(diào)控：將膽堿能類器官（由iPSCs分化而來）與Hipo-Corto共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)膽堿能神經(jīng)元釋放的ACh可激活海馬神經(jīng)元M1受體，抑制GSK-3β活性，從而減少Tau磷酸化，為“膽堿能治療”提供了直接機制證據(jù)。2篩選靶向“腦區(qū)互作”的新型藥物傳統(tǒng)藥物篩選多基于單一靶點或單一腦區(qū)，而類器官共培養(yǎng)模型可評估藥物對“跨腦區(qū)病理傳遞”的阻斷效果：-靶向Aβ傳播的藥物：在ADHipo-Corto共培養(yǎng)模型中篩選小分子化合物，發(fā)現(xiàn)一種γ-分泌酶調(diào)節(jié)劑（GSM）不僅能減少皮層Aβ生成，還能抑制Aβ經(jīng)EVs向海馬的傳遞，使海馬Aβ沉積下降70%，優(yōu)于傳統(tǒng)γ-分泌酶抑制劑；-靶向神經(jīng)炎癥的藥物：采用微流控動態(tài)共培養(yǎng)系統(tǒng)，模擬“炎癥從皮層向海馬擴散”的過程，篩選發(fā)現(xiàn)一種NLRP3炎癥小體抑制劑（MCC950）可阻斷IL-1β經(jīng)EVs的傳遞，使海馬神經(jīng)元炎癥反應(yīng)減輕60%，且不影響皮層小膠質(zhì)細(xì)胞的正常免疫功能；-個性化藥物篩選：采用AD患者來源的iPSCs構(gòu)建Hipo-Corto共培養(yǎng)模型，發(fā)現(xiàn)不同患者的“跨腦區(qū)病理傳播效率”存在顯著差異（如攜帶APOE4純合子的患者Aβ傳播速度較APOE3快3倍），為“精準(zhǔn)醫(yī)療”提供了個體化用藥依據(jù)。3探索AD的“早期診斷生物標(biāo)志物”類器官共培養(yǎng)模型可模擬AD“臨床前期”的腦區(qū)功能失聯(lián)，為發(fā)現(xiàn)早期診斷標(biāo)志物提供新思路：-EVs攜帶的病理分子標(biāo)志物：收集AD共培養(yǎng)模型的培養(yǎng)基，通過納米流式細(xì)胞術(shù)分析EVs，發(fā)現(xiàn)皮層來源的EVs中Aβ42/Aβ40比值較野生型升高2倍，且EVs表面標(biāo)志物L(fēng)1CAM水平升高，與臨床AD患者腦脊液EVs標(biāo)志物變化一致；-腦區(qū)間功能連接的“電生理標(biāo)志物”：通過多電極陣列（MEA）記錄共培養(yǎng)體系中皮層與海馬神經(jīng)元的同步放電，發(fā)現(xiàn)AD模型中“跨腦區(qū)放電同步性”下降，且這一變化早于Aβ沉積，可作為“電生理診斷標(biāo)志物”。03挑戰(zhàn)與展望：邁向更精準(zhǔn)的AD腦區(qū)互作模型1現(xiàn)有模型的局限性盡管類器官共培養(yǎng)模型展現(xiàn)出巨大潛力，但仍面臨三大核心挑戰(zhàn)：-成熟度不足：目前類器官的發(fā)育階段相當(dāng)于人胎腦或新生兒腦，缺乏成熟神經(jīng)元的復(fù)雜突觸結(jié)構(gòu)和電生理特征，無法完全模擬成人AD的慢性病理進(jìn)程；-血管化與免疫成分缺失：傳統(tǒng)類器官缺乏血腦屏障（BBB）結(jié)構(gòu)和完整的免疫細(xì)胞組成（如小膠質(zhì)細(xì)胞比例不足、缺乏外周免疫細(xì)胞浸潤），影響對AD“神經(jīng)血管單元”和“全身免疫-腦軸”互作的研究；-批次差異與標(biāo)準(zhǔn)化難題：類器官的制備依賴干細(xì)胞批次、分化條件等參數(shù)，不同批次間存在較大異質(zhì)性，限制了結(jié)果的重復(fù)性和臨床轉(zhuǎn)化價值。2未來技術(shù)發(fā)展方向針對上述挑戰(zhàn)，未來研究將聚焦三大方向：-“成熟化”策略：通過延長培養(yǎng)時間至12個月以上、引入“機械刺激”（如旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器模擬腦脊液流動）或“代謝調(diào)節(jié)”（如添加酮體替代葡萄糖），促進(jìn)類神經(jīng)元軸突髓鞘化和突觸成熟；-“血管化與免疫化”整合：將腦區(qū)類器官與血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞共培養(yǎng)形成“血管化類器官”，再與小膠質(zhì)細(xì)胞、外周血單核細(xì)胞（PBMCs）共培養(yǎng)，構(gòu)建“腦區(qū)-血管-免疫”互作模型，模擬AD的“慢性炎癥”和“血腦屏障破壞”；-標(biāo)準(zhǔn)化與人工智能結(jié)合：建立類器官制備的“標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程（SOP）”，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對類器官形態(tài)、細(xì)胞組成進(jìn)行自動鑒定，并通過機器學(xué)習(xí)預(yù)測不同批次間的“互作效率”，實現(xiàn)模型的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。3跨學(xué)科合作：推動AD研究的范式革新類器官共培養(yǎng)模型的發(fā)展離不開多學(xué)科的深度交叉：-神經(jīng)科學(xué)家與干細(xì)胞生物學(xué)家：共同優(yōu)化腦區(qū)分化方案，確保類器官的“腦區(qū)特異性”；-微流控工程師與生物材料學(xué)家：開發(fā)更精密的共培養(yǎng)芯片，模擬腦區(qū)間的“解剖連接”與“微環(huán)境梯度”；-臨床醫(yī)生與藥物研發(fā)人員：