在現代醫學研究領域，類器官作為體外微型化的器官細胞模型，為探究器官發育、疾病機制以及藥物篩選帶來了新的曙光。想象一下，在實驗室的培養皿中，能夠培育出模擬人體真實器官功能和結構的微小組織，這對於醫學進步的意義不言而喻。它不僅可以幫助我們深入瞭解人體器官的發育過程，還能為個性化醫療和新藥研發提供精準的實驗模型，有望為眾多患者帶來更有效的治療方案。
近期，Nat Protoc刊載了一項引人注目的研究——Cyborg organoids integrated with stretchable nanoelectronics can be functionally mapped during development。這項研究聚焦於賽博格類器官技術，透過將具有組織樣特性的可拉伸網狀奈米電子器件，巧妙地整合到3D類器官中，實現了在類器官發育過程中對其功能的精準對映。這一創新技術，為我們深入理解類器官的發育和功能，開闢了全新的途徑。
傳統的類器官功能研究方法，如基於成像的技術、細胞內記錄和使用多電極陣列的細胞外記錄等，雖然在一定程度上推動了研究進展，但都存在各自的侷限性。比如，成像技術的時間解析度較低，難以捕捉細胞電生理活動的快速變化；細胞內記錄每次只能檢測一個細胞，無法反映多個細胞間的協同活動；而傳統的多電極陣列在應用於3D類器官時，由於只能接觸組織表面，無法獲取內部細胞的活動資訊，且在類器官生長和形態變化時難以保持穩定接觸。
賽博格類器官技術則成功克服了這些難題。該技術的核心在於可拉伸網狀奈米電子器件的設計，其仿生網狀結構具有高拉伸性、可壓縮性和柔韌性，與生物組織相媲美，能夠與3D組織中的細胞建立長期穩定的介面。同時，奈米電子器件的電極尺寸與細胞相當，且阻抗低，可實現非侵入性、區域性單細胞記錄，不會破壞組織完整性。此外，其可擴充套件的製造工藝使得大規模生產高密度多功能感測器/刺激器陣列成為可能，能夠對整個3D類器官進行全面的功能對映。
研究人員透過該技術，在多種類器官研究中取得了令人矚目的成果。在心臟類器官研究中，發現了人類多能幹細胞（hPSCs）來源的內皮細胞，在促進hPSCs來源的心肌細胞電成熟過程中起著關鍵作用。透過持續的高解析度電記錄，揭示了心臟組織功能發育過程中，不同細胞型別之間的複雜相互作用。這一發現對於理解心臟發育機制以及相關心臟疾病的治療具有重要意義。
在腦類器官研究方面，賽博格類器官技術能夠即時監測神經網路活動的出現，以及複雜電生理模式的發展。這有助於我們深入瞭解大腦發育過程，以及神經發育障礙背後的潛在機制，為神經系統疾病的研究和治療提供了新的思路。
胰腺類器官的研究同樣成果豐碩。研究揭示了在類器官成熟過程中，晝夜節律胰島水平激素分泌節律，反映了幹細胞來源的胰腺α細胞和β細胞電活動的持續協調振盪。這一發現為糖尿病等胰腺相關疾病的研究和治療，提供了關鍵的理論依據。
此外，賽博格類器官技術還具有廣闊的應用前景。它可以與其他技術，如原位RNA測序相結合，實現組織電活動和單細胞基因表達的同步空間繪製，全面解析類器官中基因表達與功能動態之間的關係。透過對患者來源的hPSCs進行類器官培養，並結合賽博格類器官技術，還能夠評估藥物的療效和毒性，推動個性化醫療的發展。
綜上所述，賽博格類器官技術作為一種具有開創性的研究工具，為我們打開了一扇深入瞭解類器官發育和功能的大門。它不僅在基礎研究領域發揮著重要作用，還為未來的醫學發展，尤其是個性化醫療和新藥研發，提供了強大的技術支援。相信在科研人員的不斷探索和努力下，這一技術將取得更多突破，為人類健康事業帶來更多福祉。
參考文獻：
Lin Z, Wang W, Liu R, et al. Cyborg organoids integrated with stretchable nanoelectronics can be functionally mapped during development. Nat Protoc. Published online March 26, 2025. doi:10.1038/s41596-025-01147-7
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