体外模拟人脑发育是目前发育生物学和神经病学研究的重点所在。为了对人类大脑发育进行功能研究，研究人员需要一种能重现人体脑发育特征的体外系统。随着对体外培养细胞和培养组织的大量研究，目前已经出现了利用人类胚胎干细胞或者诱导多能干细胞建立的三维神经组织发育模型，该模型能高逼真度的对发育中的大脑进行模拟。这种通过体外三维培养发育，细胞自组织成复杂脑的结构的培养模型，被称为人脑类器官，可以模拟人类神经发生、神经元迁移，甚至早期神经元成熟和连接的各个方面，在研究人脑发育和精神障碍方面具有巨大的潜力。
 

人脑类器官包含多种细胞类型，在体外具有神经元功能，可以再现复杂神经元组织的发育和成熟的一些特征，比普通的二维细胞培养方式更能展现体内脑神经发育过程。在结合使用 CRISPR 等新的基因编辑工具可以再现如脑瘤、帕金森和小头畸形等许多脑神经系统疾病，这表明人脑类器官模型有着广泛的应用前景。但人脑类器官这项技术仍有一些主要的缺陷，其中就包括缺乏有效的血管系统和长时间培养人脑类器官成熟度低的问题。
 

人脑最初由上皮神经管发育而来，上皮神经管环绕着充满液体的内腔，内腔将成为大脑的脑室系统。邻近脑室的神经干细胞自我更新，同时产生更多分化的细胞，包括神经元和胶质细胞，神经元能迁移到外表面形成皮质板。最初，所有这些都是在没有血管系统的情况下进行的，仅仅依靠脑脊液充满脑室并浸润脑室表面使得营养物质能够实现有效的扩散。然而，随着更多的神经元产生，皮质板的厚度超过了扩散极限时，因此需要生成血管来滋养新生的神经元。有研究表明血管化对于氧渗透、营养供应和有效的神经干细胞的分化特别必要,  大脑神经系统和血管系统的发展是同步进行的。
 

在人脑类器官培养的后期，如果缺少血管系统的支持，人脑类器官的核心细胞因缺氧而坏死，健康的神经元只会沿着外周生长破坏了整体组织结构的稳定，从而影响其正常发育和潜在的神经元迁移途径。同时，由于缺乏血脉系统的支持，这种培养条件下获得的人脑类器官无法发育成熟，这对于后续人脑类器官功能研究造成极大的障碍。尽管与血管内皮细胞共培养可能在类器官和三维生物材料环境中形成管状网络，但这种形式的人脑类器官培养模型也无法模拟真实的血液微环境。因此，急需建立具有血管化和有功能的人脑类器官活体模型，来解决上述类器官培养和研究中遇到的问题。
 

基于上述问题的思考，本论文提出了一种构建血管化人脑类器官的方法，通过使用生物活性复合水凝胶包裹人脑类器官小体，然后使用手术移植的方法将生物活性水凝胶包裹的人脑类器官小体种植在免疫缺陷鼠腹膜内，人脑类器官小体会在水凝胶内增殖、代谢和分化，在这个过程外围环境的水凝胶则不断地降解。同时腹膜内富含的大量血管回浸入疏松的水凝胶内，与人脑类器官小体形成功能性血管网络从而实现了人脑类器官的血管化和长时间培养。该方法构建的血管化人脑类器官不仅可以作为研究人类皮层发育的模型，更可为神经系统疾病和损伤提供新的细胞治疗方案。
 

出自《血管化人脑类器官的构建及其功能研究》作者马亮。