脑类器官究竟能精准模拟哪些疾病？
脑类器官在模拟结构性脑发育异常或早期神经网络活动失调的疾病方面表现出色。在一项具有里程碑意义的2021年研究中，利用雷特综合征（一种严重的神经发育障碍）患者的干细胞培育出的类器官，会自发产生类似癫痫样的电活动爆发，高度模拟了患者所见的癫痫发作[5][6]。同一项研究还表明，一种名为pifithrin-α的药物能够使这种异常活动恢复正常，从而证明类器官可用于测试潜在疗法[5][6]。
它们对于研究针对大脑的传染病同样具有强大作用。当研究人员用两种副肠孤病毒（PeV-A1和PeV-A3）感染脑类器官时，两种病毒都能同样有效地感染相同的细胞，但只有PeV-A3引发了强烈的炎症反应——这与现实观察结果一致，即PeV-A3会导致严重的神经系统疾病，而PeV-A1则不会[4]。这表明类器官能够揭示超出简单感染范围的疾病机制，例如神经炎症。
类脑器官在哪些方面存在不足？
最大的局限性在于，大多数脑类器官缺乏血管、免疫细胞以及真实大脑中复杂的神经连接。由于没有血管系统，氧气和营养物质无法输送到中心区域，类器官内部会形成坏死核心，从而限制了其体积和存活时间[3][8][9]。研究人员正在积极寻求解决方案，例如在微流控芯片上培养类器官，通过芯片泵送营养物质，从而减少细胞死亡并提高一致性[9]。
另一个主要问题是可重复性。不同批次的类器官——即使由相同的干细胞制成——在大小、细胞类型组成和基因表达方面也可能存在显著差异[3][11][12]。这使得跨实验比较结果或利用类器官进行大规模药物筛选变得困难。2024年的一项方案通过在分化过程中增加质量控制筛选步骤，实现了更高的一致性[11]，但这尚未成为标准操作。
最后，类器官尚无法模拟阿尔茨海默病或帕金森病等晚发性神经退行性疾病，因为它们缺乏与衰老相关的特征（如蛋白质聚集体、慢性炎症），除非通过人工诱导[7][12]。它们最适合研究早期发育障碍，而非老年患者中出现的缓慢退化过程。
类器官是否在进步，它们会取代动物模型吗？
该技术正在快速进步。新方法如今能够在不损伤类器官结构或功能的前提下实现其低温保存，从而有望推动标准化模型的大规模储存与共享[2]。另有研究团队成功将小胶质细胞（脑免疫细胞）整合到类器官中，以更真实地模拟神经炎症过程[9]。
然而，专家们一致认为，类器官将补充而非取代动物模型和人体研究[1][12]。每种模型各有优势：动物模型能够捕捉全身相互作用及行为，而类器官则提供了一种人类特异性、可控的系统，适用于机制研究。最精准的疾病建模很可能来自类器官与基因编辑、单细胞测序及生物工程的结合[1][8][10]。
本文引用的文献
利用类器官模拟人类大脑发育与疾病
脑类器官连接了单层培养与动物模型，为研究早期大脑发育及神经发育障碍提供了可能，但在生理相关性方面仍存在局限性。
有效冷冻保存人脑组织与神经类器官
一种新型冷冻保存方法（MEDY）能够保留皮质类器官和患者来源脑组织的神经结构与功能，从而实现大规模储存。
脑类器官培养方案及其局限性
当前的脑类器官培养方案存在局限性，包括缺乏血管化、出现坏死以及结果变异性大；本文概述了在选择方案时需要考虑的因素。
人脑类器官中的帕雷霍病毒感染：宿主先天炎症反应而非神经感染性与神经系统疾病相关。
Parechovirus A1和A3均能以相似方式感染脑类器官，但只有A3会引发强烈的炎症反应，这与神经系统疾病的严重程度相关。
癫痫研究进入3D时代：利用脑类器官探索癫痫的奥秘
Rett综合征患者来源的类器官表现出癫痫样活动及转录组变化；药物pifithrin-α可恢复正常的网络活动。
人类脑类器官中神经振荡与癫痫样变化的识别
脑类器官展现出与完整大脑相似的复杂网络动力学；雷特综合征类器官则表现出异常活动，且可通过药物干预得到修复。
利用人类脑类器官研究神经系统疾病中神经炎症的综合综述。
脑类器官被用于模拟唐氏综合征、阿尔茨海默病和寨卡病毒等疾病中的神经炎症，但在复制疾病晚期阶段方面存在局限性。
脑类器官在神经发育与神经系统疾病中的应用
脑类器官能够模拟早期大脑发育过程，并用于多种疾病建模；血管化类器官与单细胞测序技术正推动该领域的发展。
管状人脑类器官用于模拟小胶质细胞介导的神经炎症
一种管状器官芯片装置可减少坏死并提高可重复性；与二维培养相比，它能更强烈地模拟小胶质细胞介导的神经炎症反应，并产生更强的细胞因子应答。
利用脑类器官模拟人类神经发育疾病
脑类器官结合基因编辑技术，可模拟自闭症、智力障碍等神经发育疾病。
从人类诱导多能干细胞生成均质脑类器官
一种利用大规模拟胚体形成与质控筛选来生成高产、一致性脑类器官的方法。
脑类器官：填补神经系统疾病人类模型的需求
脑类器官能够模拟神经发育和神经退行性疾病，但在将研究成果转化至人体体内系统方面仍存在不足。