来源：类器官星球

2024年5月，南方科技大学蒋兴宇教授团队在期刊《Nature Communications》（IF：16.6）在线发表题为：Three-dimensional liquid metal-based neuro-interfaces for human hippocampal organoids 的高水平研究论文。

论文摘要

由人类诱导多能干细胞（hiPSC）衍生的人类海马体类器官（hHO）已成为研究神经退行性疾病（如精神分裂症和阿尔茨海默病）的理想模型。然而，使用商用多电极阵列（MEA）以非侵入方式获取这些自由浮动有机体的电信息仍然是一项挑战。由于通道数量有限，最近开发的3D多电极阵列只能获取少量神经信号。在此，我们报告了一种将基于液态金属-聚合物导体（MPC）的网状神经接口与hHO相结合的海马半球类器官（cyb-organoid）平台。网状MPC（mMPC）集成了128个通道的多电极阵列，分布在很小的表面区域（~2*2 毫米）。mMPC的可伸缩性（高达500%）和柔韧性使其能够附着到hHO上。此外，我们还发现，在Wnt3a和SHH激活剂的诱导下，hHO产生了HOPX+和PAX6+祖先以及ZBTB20+PROX1+正中回颗粒神经元。hHO的转录组特征与发育中的人类海马体高度相似。我们成功地通过这种细胞类器官的mMPC检测到了hHO的神经活动。与传统的平面装置相比，我们的无创耦合技术为记录3D模型的神经信号提供了一种适配器。

创新点
开发了一种基于液态金属-聚合物导体（MPC）的网格状神经界面（mMPC），该界面具有128通道的多电极阵列，分布在一个小的表面积（约2*2毫米）上。这种设计允许在非侵入性方式下获取hHO的电信号。

mMPC具有高达500%的可拉伸性，使其能够附着在hHO上，而不会影响其自然生长和形态。这种高伸缩性和灵活性是现有技术中不常见的。

展示了在Wnt3a和SHH激活剂诱导下，hHO能够产生HOPX+和PAX6+前体细胞以及ZBTB20+PROX1+的齿状回颗粒神经元。这表明通过特定的信号通路诱导，可以更精确地控制hHO的发育和成熟。

hHO的转录组特征与发育中的人类海马体高度相似，这为研究人类海马体的发育和疾病提供了重要的模型。

通过mMPC，研究者成功地从hHO中检测到神经活动，包括神经信号的同步和振荡网络活动。与传统的平面装置相比，这种非侵入性耦合提供了一种从3D模型中记录神经信号的适配器。

文献精读

Q1：这种新型的三维液态金属基神经界面（mMPC）如何实现与人类海马体类器官（hHO）的有效耦合？

A：mMPC通过其高度的伸缩性和灵活性能够紧密贴合在hHO的表面，同时保持对hHO自然生长和形态的影响最小。mMPC集成了128通道的多电极阵列，这些电极分布在一个小的表面积上，使得能够从hHOs中捕获更多的神经信号。此外，mMPC的网格状设计和液态金属-聚合物导体（MPC）的组成提供了必要的电导性，以实现有效的神经信号检测。

Q2：在研究中，如何通过改变信号通路诱导来提高hHO中特定神经元类型的产生？

A：研究中使用了Wnt3a和SHH激活剂来诱导hHO，这些信号通路在神经发育中起着关键作用。通过在特定时间点添加这些信号分子到培养基中，研究者能够促进hHO产生HOPX+和PAX6+前体细胞以及ZBTB20+PROX1+的齿状回颗粒神经元。这种方法允许更精确地控制hHO的区域特异性和细胞类型，从而模拟体内发育信号通路。

Q3：该研究如何证明hHO的转录组特征与发育中的人类海马体具有高度相似性？

A：研究者通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术分析了hHO的转录组，并将结果与已发表的发育中人类海马体的数据集进行了比较。通过分析差异表达基因，研究者能够将细胞分群，并识别出与人类海马体发育过程中相似的细胞类型，包括兴奋性神经元、抑制性神经元、未成熟神经元、神经前体细胞、星形胶质细胞、少突胶质细胞前体和少突胶质细胞等。这种高度相似的转录组特征表明hHO能够模拟人类海马体的发育过程，为研究人类海马体提供了一个有力的模型系统

结果图