首个全合成人类大脑模型

小支架，大课题

2025年12月11日，加州大学河滨分校（University of California, Riverside）的一个团队展示了一个名为 BIPORES 的实验室平台：这是一个由化学中性聚合物构建的2毫米合成组织块。据研究人员称，这是首次在不含任何动物源性成分的情况下，支持人类神经干细胞生长的平台。该结构被刻意设计为多孔且双连续的，以便氧气和营养物质流经微通道——这一技术细节使少量神经细胞转化为能够形成活跃连接的生命网络。这项工作的物理规模虽然不大，但意义深远：它提供了一种模拟人类大脑发育部分和测试药物的全新、无动物路径，同时也重燃了关于在实验室制造类脑系统意味着什么的伦理和文化意象。

材料与方法：PEG、bijel 灵感与光

这种支架始于聚乙二醇（PEG），一种广泛使用的生物惰性聚合物。PEG 本身并不具备细胞通常用于附着和组织的生物化学信号。加州大学河滨分校的研究人员通过借鉴几何结构而非生物学解决了这一问题：他们以“bijels”（双连续界面堵塞乳液凝胶）为模型设计材料，这种凝胶的内部架构形成交织但连续的通道。通过将水-乙醇-PEG 混合物推过玻璃微管并用闪光使其固化，团队制造出了具有内部波动通道的丝状链。随后，3D 打印系统逐层沉积这些长丝，构建出一个稳定的块体，氧气和营养物质可以在其中自由循环。

这种可灌注的双连续几何结构是关键。在真实组织中，血管和细胞外基质为气体交换和信号分子创造了路径；在 BIPORES 中，连续通道模拟了这些角色，并避免了困扰致密合成凝胶的扩散限制。研究人员报告称，这种设计为神经干细胞提供了一个宜居的三维环境，使它们能够在此附着、增殖，并至关重要地形成活跃的连接。

模型的能与不能

在目前的实验中，支架的直径为2毫米。植入该块体的神经干细胞不仅存活了下来，还表现出网络形成和电生理活动的迹象，这与早期脑组织一致。对于希望获得在毒理学、发育生物学和早期药物筛选方面表现得像人类组织一样的模型的研发者来说，这些都是至关重要的里程碑。

但这项工作并非通往有感知能力机器的捷径。该模型规模较小，缺乏皮层的分层细胞构筑，也没有复制活脑中完整的细胞类型、远距离神经连接或代谢复杂性。简而言之：它是一个组织模型——一种工程化的、有限的类脑材料块——而不是一个器官或生物体。团队本身也强调了该平台在研究和药物开发中的直接用途，以及其在减少对动物源性支架依赖方面的潜力，因为后者会增加实验的可变性和伦理成本。

研究人员为何舍弃动物成分

几十年来，在实验室构建组织的调查人员一直依赖于源自动物的基质（例如胶原蛋白或 Matrigel），因为这些材料包含告诉细胞如何运作的生化信号。动物源性材料虽然有效，但会引入变异性、监管难题和伦理问题，并可能使向人类疗法转化或药物审批变得复杂。因此，一种在提供相同物理和传输性能的同时，具备化学成分确定且可重复性的全合成基质，对基础研究和工业应用都具有吸引力。

应用前景

短期用途非常务实。制药公司和学术实验室需要与人类相关的组织模型，用于神经活性化合物的早期测试，以优化候选药物并减少从动物到人类转化失败的情况。化学成分确定的平台可以使结果更加一致，并使监管审查更加直接。

伦理、法律与文化的涟漪

即便有上述警示，实验室培育的人类脑组织块依然引发了伦理审查。科学界已经对类器官（微型的、自组织的脑细胞集群）争论了数年，特别是关于在复杂性和体验潜力方面应该在哪里划清界限。BIPORES 的不同之处在于它是架构化的而非自组织的，且刻意保持微小，但它仍然属于使实验室系统更接近人类大脑功能某些方面的技术谱系。

这种接近具有现实后果。机构审查委员会、资助机构和监管机构将需要考虑，随着工程化大脑模型在生理上变得更加逼真，是否需要新的监管。问题包括如何评估人类来源组织的福利，如何监管转化用途，以及如何确保公众信任——这些担忧超出了技术价值，涉及处理人类神经材料的社会许可。

规模化、标准与后续实验

技术挑战是直接的，但并非微不足道：在不产生坏死核心的情况下扩大块体，在需要的地方整合血管或免疫成分，以及证明批次间的可重复性。加州大学河滨分校团队表示，他们正在致力于扩大规模，并使该方法适应其他器官。对于工业界的研究人员来说，关键测试将在于该平台是否比现有选择更能减少变异性并预测人类临床结果。

与此同时，整个领域正在转向证据标准：电生理成熟度的可重复指标、公认的突触连接性测试以及工程组织的通用报告格式。如果 BIPORES 和类似平台能够针对人类临床终点进行验证，它们将迅速从新奇事物转变为实用工具。

文化框架

关于实验室培育大脑的故事很容易吸引科幻隐喻——如《银翼杀手》、《机械姬》——但这些词汇可能会掩盖技术上的真实情况与夸大的宣传。加州大学河滨分校报告的模型是一种赋能性的实验室基础设施，而非通往意识之路。它的价值在于可控的架构和传输（已解决的工程问题），以及能够减少动物使用和改善早期药物评估的实际应用。

科学界和政策界的正确反应既不是技术崇拜也不是恐慌：而是仔细评估、透明报告，并制定适度的治理方案，在允许有用工具推动医学进步的同时，保持研究的责任感。

来源

• University of California, Riverside (BIPORES 研究团队及机构材料)
• UCR 实验室预印本 / 研究报告 (BIPORES 平台)
• Nature (关于 bijels 和组织工程的材料及生物材料研究)