摘要：一种在日常烘焙和调味品中广泛使用的食品添加剂正在推动神经科学研究的重大突破。斯坦福大学科学家发现，黄原胶这种常见的增稠剂能够解决困扰研究人员多年的难题：如何大规模培育形状和大小一致的人脑类器官。这一看似简单的创新使得科学家能够同时培育数千个"迷你大脑"，为药物

信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251016223113.htm

一种在日常烘焙和调味品中广泛使用的食品添加剂正在推动神经科学研究的重大突破。斯坦福大学科学家发现，黄原胶这种常见的增稠剂能够解决困扰研究人员多年的难题：如何大规模培育形状和大小一致的人脑类器官。这一看似简单的创新使得科学家能够同时培育数千个"迷你大脑"，为药物安全性测试、神经发育疾病研究以及个性化医疗开辟了前所未有的可能性。

发表在《自然生物医学工程》杂志上的这项研究成果，标志着类器官技术从实验室好奇心向实用研究工具的重要转变。斯坦福大学大脑器官发生项目主任谢尔盖·帕斯卡教授表示："我们现在可以轻松制造1万个类器官。"这一数量级的提升对于需要大样本统计分析的现代生物医学研究而言具有革命性意义。

从命名到量产的技术跨越

回顾十二年前，帕斯卡刚刚开发出将干细胞转化为三维脑组织的方法时，他只能培育出八九个类器官。"在早期，我只有八九个，我给每一个都起了神话生物的名字，"帕斯卡回忆道。这种个别化的处理方式虽然体现了早期研究的精细化特点，但也暴露了规模化生产的巨大挑战。

类器官技术的核心在于模拟人体器官的三维结构和功能特性。与传统的二维细胞培养相比，这些"迷你器官"能够更准确地反映真实器官的复杂性和多样性。然而，正是这种复杂性带来了意想不到的技术障碍：培育过程中，这些脆弱的结构会自发地黏合在一起，形成不规则的聚合体，使得研究人员无法获得标准化的实验样本。

这种黏合现象在某种程度上启发了科学家开发"组合类器官"技术——将不同类型的类器官人工结合，创造出更复杂的模型系统。例如，将小脑类器官与脊髓类器官结合，研究更复杂的神经网络发育过程。但这种有益的应用无法掩盖批量生产标准化样本时面临的困难。

帕斯卡团队面临的核心问题是如何在保持类器官生物学特性的同时防止其意外融合。传统的解决方案是为每个类器官提供独立的培养容器，但这种方法效率低下，成本高昂，难以满足大规模研究的需要。

材料科学与生物学的完美结合

通过添加简单的食品添加剂，研究人员现在可以大规模生产均匀的大脑类器官，克服了多年的规模化挑战。这种可扩展的系统可以加速药物安全和脑部疾病研究的发现。图片来源：Shutterstock

解决这一难题需要跨学科合作。帕斯卡与斯坦福大学材料工程师莎拉·海尔斯霍恩教授合作，系统性地测试了23种不同的生物相容性材料。这种方法论的严谨性体现了现代科学研究的特点：不仅要找到有效的解决方案，更要确保方案的可重复性和普适性。

研究团队的筛选标准既科学又实用。海尔斯霍恩解释说："我们选择了那些已经被认为具有生物相容性的材料，这些材料相对经济且使用简单，这样我们的方法就能被其他科学家轻松采用。"这一考量反映了现代科学研究越来越重视成果的可转化性和社会影响力。

实验设计巧妙而直接：研究人员首先在营养丰富的培养液中培养类器官六天，然后添加测试材料，再培养25天后统计剩余的独立类器官数量。这种定量评估方法确保了结果的客观性和可比性。

黄原胶的优异表现令研究团队惊喜。即使在很小的添加量下，这种食品添加剂就能完全防止类器官融合，而且不会对类器官的发育产生任何负面影响。这一发现的重要性不仅在于解决了技术难题，更在于使用的是一种已经广泛应用于食品工业、安全性得到充分验证的材料。

药物安全性评估的新纪元

为了验证这一技术的实际应用价值，研究团队设计了一个具有重要现实意义的实验：评估FDA批准药物对胎儿大脑发育的潜在影响。这是一个长期困扰医学界的问题——许多对成人安全的药物是否会对发育中的胎儿大脑造成损害，由于伦理限制，这类研究很难在人体中进行。

客座研究员楢崎源太领导的实验规模令人印象深刻：2400个类器官，298种FDA批准的药物，这种大规模筛选在以前是不可想象的。实验结果发现，包括一种乳腺癌治疗药物在内的几种药物会阻碍类器官生长，提示它们可能对大脑发育有害。

这一发现的临床意义深远。孕期用药一直是医生面临的两难选择：不用药可能危及母亲健康，用药又担心影响胎儿发育。类器官技术提供了一个在体外评估药物神经毒性的可靠平台，有望为孕期用药决策提供科学依据。

更重要的是，这种方法的效率令人惊叹。正如帕斯卡所说："一名实验者自己生产了数千个皮质类器官，并测试了近300种药物。"这种效率的提升为大规模药物筛选和安全性评估开辟了新的可能性。

神经疾病研究的新工具

类器官技术的突破对神经精神疾病研究具有特别重要的意义。自闭症、癫痫、精神分裂症等复杂疾病的发病机理仍然不够清楚，部分原因是缺乏合适的研究模型。传统的动物模型虽然有其价值，但在模拟人类特有的神经发育过程方面存在局限性。

人脑类器官技术提供了一个独特的研究平台。这些"迷你大脑"虽然简化，但保留了人脑发育的关键特征，包括神经元分化、神经网络形成、以及各种神经递质系统的建立。更重要的是，研究人员可以使用患者的干细胞培育出携带特定疾病基因的类器官，从而在分子水平上研究疾病发生发展的机制。

大规模生产技术的突破使得这类研究变得更加可行。研究人员现在可以培育足够数量的类器官进行统计分析，比较不同基因型、不同治疗条件下的差异，这对于理解复杂疾病的发病机制至关重要。

开放科学的典型范例

值得注意的是，斯坦福团队选择了开放分享其技术方法，这体现了现代科学研究越来越重视协作和知识共享的趋势。帕斯卡强调："与我们所有的方法一样，这是开放且免费访问的。已经有许多实验室实施了这项技术。"

这种开放的态度不仅加速了科学发现的传播，也体现了研究人员对社会责任的认识。神经疾病影响着全球数以亿计的患者，任何有助于理解和治疗这些疾病的技术突破都应该尽快惠及更广泛的研究群体。

随着越来越多的实验室采用这一技术，我们可以期待在神经发育、疾病机理、药物筛选等多个领域看到更多突破性发现。这种技术的民主化也将推动全球神经科学研究的协同发展，为最终征服神经疾病奠定更坚实的基础。

黄原胶这一简单食品添加剂带来的技术革命提醒我们，科学突破往往来自于跨领域的创新思维和对细节的敏锐观察。在这个案例中，材料科学、生物工程和神经科学的完美结合，为人类对大脑的理解开启了新的篇章。

来源：人工智能学家