6月21日，我院麻醉科杨隆秋教授联合武汉大学泰康医学院（基础医学院）陈璞教授团队，在 Journal of Advanced Research 在线发表了题为 Human BBB-brain organoid on a millifluidic plate for modeling brain parenchymal pathology-induced barrier dysfunction 的研究论文，首次开发了集成人多能干细胞来源脑类器官（hBOs）与工程化BBB的“BBB-脑类器官芯片”（BBOC）模型，成功在体外再现了生理和病理条件下脑实质对BBB功能的双向调控。
血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）是维持大脑内环境稳态的核心结构，由脑微血管内皮细胞通过紧密连接构成，与周细胞协同调控血液与脑实质之间的物质交换，保护大脑免受血液中毒素和病原体的侵害。
近年来，越来越多的研究表明，BBB功能障碍是阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病的早期标志性病理特征，Aβ相关脑实质病变——包括神经元突触丧失、胶质细胞表型转变及细胞因子信号异常——可直接导致BBB完整性受损，而BBB渗漏又使血液来源的毒性分子进入脑实质，加剧神经病变，形成恶性循环。然而，现有BBB体外模型均缺乏功能性脑实质，无法再现脑实质与BBB之间的双向调控。
研究团队设计出“千分级微流控板”——在标准12孔板中嵌入微流控插入单元，通过倾斜摇床产生重力驱动的周期性双向流体，模拟人脑微血管的血流剪切应力。在此平台上依次加载原代人脑微血管内皮细胞、脑血管周细胞和脑类器官，构建了完整的BBOC系统。结果显示，脑类器官的加入显著增强了BBB的屏障功能——跨内皮电阻显著提升，小分子通透性大幅下降，周细胞功能基因表达成倍上调；硅胶球对照实验确认该效应源于脑类器官与BBB之间的活跃细胞间通讯。
为模拟AD脑实质病理，团队利用Aβ₄₂寡聚体处理脑类器官，成功诱导出神经突丢失、干细胞增殖受损、细胞凋亡加剧及炎症介质全面上调的病理表型。将病理脑类器官加载至BBOC模型后，BBB遭受严重损伤：大分子和小分子通透性均大幅飙升，紧密连接蛋白表达显著下降，周细胞大量脱落，内皮功能受损，ZO-1紧密连接蛋白呈不连续断裂分布。这些发现首次在体外直接证实：脑实质的持续病理状态本身足以独立驱动BBB的结构性破坏，无需外加全身炎症或免疫细胞浸润。研究团队推测，病理脑类器官释放的促炎细胞因子、胞外囊泡及氧化应激产物可能共同构成了“脑实质→BBB”的多模态损伤信号网络。
该研究建立了一个可同时评估“脑实质健康→BBB功能”和“BBB完整性→脑实质保护”双向调控的创新平台，深化了对神经血管单元双向调控机制的认知。BBOC模型的模块化设计使其可通过更换不同病理刺激物模拟多种神经退行性疾病，并可用于评估新一代麻醉药、神经保护肽和脂质纳米颗粒等候选药物的BBB穿透能力与神经靶向疗效，未来还可整合患者来源iPSC实现个体化病理建模和精准药物筛选。
本研究的共同通讯作者为我院麻醉科杨隆秋教授和武汉大学泰康医学院（基础医学院）陈璞教授。武汉大学泰康医学院Lili Zhu和Wen Zhao为共同第一作者。合作单位包括武汉大学中南医院脑科学研究中心、海南大学生物医学工程学院、德国布伦瑞克工业大学微技术研究所、以及武汉大学人民医院神经内科。研究得到了上海市浦东新区高端医学学科建设新质临床专科项目（2024-PWXZ-02）、国家自然科学基金（82272173、81870855）以及海南省科技专项基金（ZDYF2025SHFZ027）的资助。（麻醉科）
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2090123226005060