光图案化三维人类皮层网络的时空组织及原位分化

在体外构建人类皮层微电路模型，需要能够同时重现发育中神经组织的组成复杂性与空间结构的平台。当前的类器官和组装类器官模型通常依赖于预先分化的、区域特异性细胞的大块融合，因而缺乏实现自发性空间共分化以及由微环境驱动的多尺度组织化的能力。此外，具备光构筑网络几何结构的神经及神经元-胶质模型仍然匮乏。为解决这些局限性，我们提出了一种体积型原位分化系统：将经过精准重编程的人诱导多能干细胞（iPSC）来源的谷氨酸能神经元、GABA能神经元和星形胶质细胞三种细胞共同培养，并将其嵌入超柔软可光交联水凝胶微环境的整体体积中。该确定性且具有空间可控性的方法，使我们能够利用投影光图案化技术，直接在功能性微电极阵列界面上构建宏观尺度、相互连通的人类神经网络，用于高通量筛选。 与基于融合的类器官和组装类器官不同，我们的平台可实现同时进行的、空间分布式的谱系分化与成熟，以及广泛的地形引导性神经突生长，从而连接局部细胞枢纽，在三维环境中重现神经发育模式形成和突触整合的多个方面。该模型不仅能够实现神经元-胶质网络的拓扑图案化，还可利用所开发的三培养体系进行三维细胞嵌入式生物打印。本文对这两种细胞生长模式均进行了研究与展示。对培养一个月过程中的纵向电生理追踪显示，该系统会从未成熟、静息状态逐步转变为非同步、信息密集型微电路，其特征在于扩展的状态空间流形以及生理性的兴奋-抑制平衡。通过复制天然脑实质的力学特性，该模型为研究皮层微电路发育、神经退行性衰退以及区域间网络组装提供了一个高可重复性、可扩展且灵活的平台。

光图案化的三维人类皮层网络时空组织及原位分化 | bioRxiv

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光图案化的三维人类皮层网络时空组织及原位分化

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Siyuan Dong

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Hossein Heidari

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737264

Siyuan Dong

伦敦大学学院

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发布于 2026 年 7 月 9 日。

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光图案化的三维人类皮层网络时空组织及原位分化

Siyuan Dong，

David Weyland，

Hossein Heidari

bioRxiv

2026.07.08.737264；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737264

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Siyuan Dong，

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2026.07.08.737264；

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.08.737264

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.08.737264v1?rss=1

🏷️ 光图案化 三维皮层网络 iPSC分化 神经元-胶质共培养 微电极阵列 水凝胶生物打印