牛津大学研究团队利用干细胞、3D打印与微流控技术，成功构建具备分层结构的人类大脑皮层组织，并将其植入小鼠大脑中，实现与宿主神经系统的功能性连接。实验结果显示，该人造脑组织不仅能与周围神经元进行信号交流，还在脑损伤模型中表现出一定的修复效果，显著缩小损伤区域。该研究为脑修复、神经退行性疾病研究以及人类大脑发育机制探索提供了全新平台，也推动了类脑组织工程与生物3D打印技术的发展，具有重要的科研与医学应用前景。
牛津大学研究人员已经成功构建并将结构化的人类脑组织植入到活体小鼠大脑中。
在长达数年的研究中，牛津马丁“脑修复3D打印计划”（Oxford Martin Programme on 3D Printing for Brain Repair）利用干细胞、3D打印以及微流控技术，工程化构建出分层的皮层样组织结构，并使其在受体脑组织中实现整合，降低损伤模型中的病灶面积，同时还能与周围神经元进行功能性通信。该成果代表了一类全新的研究工具，有望改变科学家研究大脑发育、脑损伤以及疾病的方式，并减少对动物模型的依赖。
分层重建大脑结构
在五年的时间里，牛津研究人员致力于重建一个长期以来在实验室中难以复制的结构：人类大脑皮层。与依赖存在生物差异的动物模型研究脑功能不同，研究团队使用人类干细胞生成不同类型的神经细胞群体，并通过3D打印与微流控技术将其排列成分层结构。
这些构建出的组织在长期培养过程中能够保持结构稳定，细胞还能跨层伸出突起，有时甚至发生跨层迁移，这种行为与真实大脑在发育过程中组织形成的方式高度相似。
随后，这些工程化组织被逐步置于更复杂的实验环境中进行测试。当被引入到离体的小鼠脑组织时，人类细胞会扩散进入周围区域，延伸出神经突起，并表现出与周围组织发生真实交互的信号活动模式。
在下一步实验中，研究人员将包含“上层神经元”和“下层神经元”的双层人类脑组织植入年轻小鼠大脑中，这些组织能够与不同解剖区域形成连接。通过成像技术和电生理记录确认，移植的组织不仅仅是存活在宿主体内，而是与宿主大脑发生了功能性信息交流。
当加入星形胶质细胞（astrocytes）后，这些细胞进一步促进了组织成熟与连接能力的增强。星形胶质细胞在神经维持和血管相互作用中起关键作用。在创伤性脑损伤模型中，这些增强后的移植组织与损伤区域显著缩小相关。
项目概览
该项目通过对来自人类诱导多能干细胞（hiPSCs）的深层神经前体细胞（DNPs）和上层神经前体细胞（UNPs）进行图案化3D打印，形成含有细胞与细胞外基质（ECM）的结构化皮层组织。打印后的脑组织可在体外培养用于功能研究，也可植入小鼠大脑用于脑修复研究。
一个研究平台，而非治疗手段
该计划已经正式结束，但其所开发的方法仍然存在。科学家现在拥有一套更精细的协议，可以构建具有明确细胞类型、空间结构与生物环境的人类皮层组织，这在此前并不存在。
这些平台有望加速创伤性脑损伤、神经退行性疾病以及发育神经科学的研究，并减少对动物模型或简化体外模型的依赖。
填补动物模型与人类大脑之间的空白
牛津马丁项目的工作属于更广泛的研究趋势，核心目标是解决神经科学中的一个根本限制：无法在可控条件下研究活体人类脑组织。
美国威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发了一种3D生物打印方法，能够在数周内生成活跃的神经网络结构。研究人员认为，这种方法可用于模拟脑细胞如何通信，以及神经和精神疾病如何发展。
阿斯顿大学启动的“Meso-Brain”项目同样探索纳米级3D打印技术，以复制神经网络结构。而Fluicell、Cellectricon以及卡罗林斯卡学院的合作，则尝试将神经脑细胞排列成复杂结构，用于模拟神经疾病的进展过程。
共同的方向
这些研究共同指向一个正在形成的共识：结构化的人类来源脑组织模型，不再是遥远的未来目标，而正在成为脑科学研究的新标准。
