一場風靡全球的“冰桶挑戰”曾將“漸凍癥”(肌萎縮側索硬化，ALS)帶入眾人的視線。當神經細胞逐漸失去對肌肉的控制，患者全身肌肉會逐漸萎縮，吞咽困難，最后呼吸衰竭。

　　“漸凍人”發病后平均壽命僅有 2 到 4 年，像霍金那樣長期與病魔搏斗的患者可謂奇跡。不幸的是，人類迄今未找到 ALS 的病因，遑論給出對癥之藥。

　　美國麻省理工學院(MIT)的一個團隊 10 月 11 日在《科學進展》上報告了一種在微流控芯片上制作神經和肌肉組織的 3D 模型的方法。借助這種“芯片器官”，他們觀察到健康神經元與“漸凍”神經元的驚人差異，并試驗了兩款仍在臨床測試階段的新藥。

　　僅有少部分“漸凍癥”與遺傳缺陷相關，而 90% 的散發性案例發病原因仍是未解之謎。正因如此，極少數獲美國食品藥品監督管理局(FDA)批準上市的“抗凍”藥品都并非完全對癥。科學家們繼續突破動物模型的限制，找到分析病理和臨床試驗的更優方法。

　　其中，運動神經元和肌肉細胞之間的連接處，即肌肉神經接頭，是模擬“漸凍癥”的關鍵。數十年來，科學家們受限于 2D 模型結構。

　　2016 年，MIT 機械和生物工程教授羅杰·卡姆(Roger Kamm)團隊用微流控芯片技術首次做出了鼠類肌肉神經接頭的 3D 模型。這是一種在微米尺度的芯片中模擬人體環境，集成基本操作單元，自動完成分析全過程的技術。

　　他們將神經元和肌肉纖維分置于芯片上相鄰的兩個隔室內。神經元會逐漸延展出常常的神經突，最終與繞在兩個柔性柱子上的肌肉纖維連接。

　　這些神經元用光遺傳技術編輯過，能在光照控制下刺激肌肉收縮。通過觀察兩個柔性柱子的位移情況，研究人員就能測量肌肉收縮的力度。

　　在此次發表的成果中，卡姆團隊用人類神經元與肌肉細胞進行代替。這些神經元一部分由健康人群的誘導性多能干細胞(iPSCs)分化而來，一部分由散發性 ALS 患者的誘導性多能干細胞分化而來。

　　實驗結果顯示，“漸凍癥”組的神經元生長神經突的速度更慢，也無法與肌肉纖維建立強有力的連接。此外，神經元退化和肌肉細胞死亡的數量也更多。

 

　　“我們可以看到，健康的神經元直撲肌小管而去，并激活了它們。然而，ALS 神經元似乎無法很好地建立連接。”卡姆說道。

　　“芯片器官”：綠色部分為漸凍癥患者誘導性多能干細胞分化而成的運動神經元，紫色部分為肌肉組織。

　　兩周之后，ALS 運動神經元對肌肉建立起的控制力，僅有健康神經元的四分之一。

　　展示“芯片器官”能有效模擬“漸凍癥”之后，卡姆團隊開始探索這個模型的試藥能力。

　　他們選擇了兩款仍處于臨床測試階段的新藥雷帕霉素(Rapaycin)和伯舒替尼(Bosutinib)。在“芯片器官”上模擬的結果顯示，兩款藥物都能幫助肌肉在運動神經元的刺激下收縮，并提高神經元的存活率。更重要的是，兩款藥物各自穿透血-腦屏障(毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障)的能力有限，但同時施用時均能有效地穿透屏障。

　　目前，卡姆團隊正在與當地的生物技術企業合作，計劃收集 1000 名“漸凍人”的誘導性多能干細胞，在“芯片器官”上進行大規模藥物試驗。

 

　　他們也打算對模型本身進行升級，使其一方面能同時容納更多的測樣，另一方面能支持在神經系統中的其他細胞類型，比如雪旺細胞和小膠質細胞。
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