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由于脑类器官具有复杂的三维结构且光学可及性有限，实时、化学选择性地检测其中的神经递质释放仍是一项挑战。我们开发了3D打印碳杯电极（CCE）——经热解处理的多层柱状结构，旨在固定单个类器官、增大电化学活性表面积，并实现对可氧化神经递质的安培记录。CCE表现出优异的电化学性能和重现性，能够支持受扩散控制的多巴胺氧化还原行为，且不受培养基干扰。利用两个成熟阶段（第30天和第90天）的腹侧中脑（vMB）类器官，我们展示了直接从类器官中实时检测钾离子诱导的多巴胺释放。成熟类器官的峰电流更高，这与免疫细胞化学检测证实的酪氨酸羟化酶（TH）表达增加相一致。将类器官包埋于基质胶中会显著减弱多巴胺信号，表明存在扩散屏障，限制了刺激剂的进入和/或多巴胺向电极的传输。重复刺激会导致多巴胺储量逐渐耗竭，这与囊泡释放减少相符。采用6-羟基多巴胺和维拉帕米进行化学扰动，进一步验证了该平台：多巴胺释放显著减少，并伴随TH神经元丢失。这些结果表明，CCE是一种强大的工具，可用于无标记、实时监测人类类器官中的神经传递；该技术还有望实现多重传感，并与酶促检测策略相结合，以检测非电活性神经递质。
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由于脑类器官具有复杂的三维结构且光学可及性有限，对其神经递质释放进行实时、化学选择性检测仍是一项挑战。我们开发了 3D 打印碳杯电极（CCEs）——经热解处理的多层柱状结构——旨在固定单个类器官、增大电活性表面积，并实现对可氧化神经递质的安培记录。CCEs 表现出优异的电化学性能和重现性，可支持受扩散控制的多巴胺氧化还原行为，且不受培养基干扰。利用两个成熟阶段（第 30 天和第 90 天）的腹侧中脑（vMB）类器官，我们展示了直接从类器官实时检测钾离子诱发的多巴胺释放。成熟类器官表现出更高的峰值电流，这与免疫细胞化学所证实的酪氨酸羟化酶（TH⁺）表达增加相一致。将类器官包埋于基质胶中会显著削弱多巴胺信号，表明存在扩散屏障，限制了刺激物的进入和/或多巴胺向电极的传输。重复刺激显示多巴胺储备逐渐耗竭，这与囊泡释放减少相一致。采用 6-羟基多巴胺和维拉帕米进行化学干预，进一步验证了该平台；干预导致多巴胺释放显著减少，并伴随 TH⁺ 神经元丢失。这些结果表明，CCEs 是一种强大的工具，可用于无标记、实时监测人类类器官中的神经传递，并有望实现多重传感以及整合酶促检测策略，以检测非电活性神经递质。
利益冲突声明
该……
作者声明不存在竞争利益。
已声明的资助方信息
HORIZON-EIC-2021-PATHFINDEROPEN-01
，101047177-OpenMIND
HORIZON-ERC-2024-SYG
，101167102 Custom-Made
ERC-Horizon 2020 Framework
，772370-PHOENEEX
Novo Nordisk Foundation，
，NNF21OC0068814
版权
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发布于 2026 年 10 月 18 日。
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使用 3D 碳杯电极实时检测中脑类器官中的神经递质
Samuel
Tavares da Silva Maraschin
，
Surangrat
Thongkorn
，
Swetha
Kanakkottu
，
Babak
Rezaei
，
Giorgio
Scordo
，
Edoardo
Sozzi
，
Malin
Parmar
，
Arto
Heiskanen
，
Stephan Sylvest
Keller
，
Jenny
Emneus
bioRxiv
2026.10.12.758473；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.10.12.758473
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使用 3D 碳杯电极实时检测中脑类器官中的神经递质
Samuel
Tavares da Silva Maraschin
Surangrat Thongkorn、Swetha Kanakkottu、Babak Rezaei、Giorgio Scordo、Edoardo Sozzi、Malin Parmar、Arto Heiskanen、Stephan Sylvest Keller、Jenny Emneus
bioRxiv
2026.10.12.758473；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.12.758473
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关键词：脑类器官 · 碳杯电极 · 电化学检测 · 多巴胺释放 · 神经传递
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.12.758473v1?rss=1