1. 研究目標  

構建一種“多區域腦類器官"（Multi-Region Brain Organoids, MRBOs），同時包含大腦皮層、中腦/后腦、以及由多細胞組成的“血管類器官"，用于在體外更完整地模擬人類胎兒期12–16卡內基階段的多腦區-血管相互作用。

2. 三大組成單元的獨立生成（時間軸見圖1b）

   2.1 大腦皮層類器官（Cerebral Organoids, CO）  

   • d0–d1：iPSC 單細胞 → 低黏附 AggreWell 形成 EB  

   • d1–d5：Dual-SMAD 抑制（SB431542+LDN193189）→ 誘導神經外胚層  

   • d6–d14：無抑制劑的 Neural Basal+B27/N2 → 神經前體擴增  

   • d14：Matrigel 包埋 → 3D 成熟培養（Catalog #08571）

   2.2 血管類器官（Endothelial Organoids, Endo）  

   • d0–d2：iPSC 單細胞 → 96-well 低黏附板形成 EB  

 • d2–d4：WNT-BMP4 激活（CHIR99021+BMP4+Activin A+FGF2）→ 中胚層誘導  

   • d5–d8：VEGF/FGF 血管誘導培養基 → 血管命運指定  

   • d9：1:1 Collagen I + Fibronectin 凝膠包埋 → Endothelial Cell Growth Media（CCM027）  

   • 關鍵細胞組分：內皮祖細胞、成熟內皮細胞、周細胞、血管生成細胞、基質細胞

   2.3 中腦/后腦類器官（Mid/Hindbrain Organoids, MHO）  

   • d0–d1：同上形成 EB  

   • d1–d3：DM+SB431542+bFGF → 抑制 BMP/TGF-β  

   • d4–d6：CHIR99021+SB+bFGF → Wnt 激活，中腦模式化  

   • d7–d9：CHIR+bFGF → 維持中腦/后腦命運  

   • d10–d14：IWR1+SANT1+BMP4+bFGF → 終止 Wnt/Shh，促進區域化  

   • d15：Matrigel 包埋 → NeuroBasal+B27/N2 成熟培養

3. 融合步驟（MRBO 組裝）  

   • d20：將上述三種 800 µm 大小的類器官按 1:1:1 比例置于同一 Matrigel 滴中（hanging-drop 法），依靠重力自然貼合。  

   • 融合后總直徑 2–3 mm，使用含 VEGF165、FGF-basic、IGF-1、EGF、肝素、氫化可的松、L-抗壞血酸、B27/N2 的聯合培養基。  

   • d60：進行單核 RNA-seq、電生理、免疫組化、Bulk RNA-seq 等綜合表征。

4. 主要發現  

   • 轉錄組顯示 MRBO 覆蓋人類胎兒腦 80% 細胞群。  

   • 發現血管類器官通過 VEGF-BMP-PDGF-IGF 旁分泌網絡特異性維持后腦中間祖細胞（clusters 7,13,14），但對皮層區域影響有限。  

   • 電生理上，MRBO 在 spike 頻率、burst 率及網絡同步性上顯著優于單一區域類器官，提示多腦區-血管整合促進功能性環路成熟。

二、Kirkstall Quasi Vivo 多器官芯片共培養及 Kilby Gravity 微重力平臺結合展望

1. Kirkstall Quasi Vivo 多器官串聯共培養系統  

   • 模塊化灌流：將 腦類器官MRBO 置于 北京基爾比生物Quasi Vivo 芯片腔室，與同源的肝類器官、血腦屏障芯片（BBB-chip）串聯，實現“腦-血管-肝"代謝軸研究。  

   • 可控剪切力：0.05–0.2 dyn/cm2 的流體流動可誘導血管內皮成熟、促進周細胞覆蓋，彌補 MRBO 目前缺乏灌注血管網的不足。  

   • 動態給藥：通過上游肝模塊代謝精神藥物（如丙戊酸），下游 MRBO 實時讀取神經電活動，可建立“首過代謝-腦效應"一體化模型，用于個體化藥效/毒性預測。

2. Kilby Gravity 微重力三維細胞培養系統（旋轉式）  

   • 低剪切、低沉降環境可減少 Matrigel 使用，誘導 腦類器官MRBO 內部形成更均勻、長距離的軸突投射。  

   • 北京基爾比生物微重力培養系統促進血管腔自組裝——已有報道顯示旋轉壁反應器可加速內皮管腔化；與 MRBO 結合有望形成可灌注的“血管樹"，解決目前血管類器官僅呈“島狀"分布的局限。  

   • 與 CRISPR 誘導的疾病 iPSC 系聯用，可在微重力條件下模擬神經退行性病變（如阿爾茨海默病）中腦-血管單元對淀粉樣蛋白清除的動力學。

3. 整合策略示意  

   iPSC → 腦類器官MRBO（北京基爾比生物 Quasi Vivo 多器官芯片）→ 灌流 → 北京基爾比生物Kilby Gravity 微重力環境（軸突/血管重塑）→ 回到 Quasi Vivo 多器官芯片（多器官串聯）→ 實時 MEA+LFP 記錄 + 微采樣質譜。  

   該閉環體系將允許：  

   • 研究“血流-代謝-神經活動"三維耦合；  

   • 評估抗精神病藥物跨器官代謝后，對多腦區同步振蕩的影響；  

   • 通過患者特異性 iPSC，實現精準神經-血管疾病表型復現及個體化用藥方案篩選。

腦類器官MRBO 提供了多腦區-血管共培養框架；與 北京基爾比生物公司Kirkstall Quasi Vivo 的灌流多器官串聯系統及 Kilby Gravity微重力三維培養系統技術整合，將顯著提升體外模型對真實人腦發育、疾病及藥物反應的模擬精度，為神經發育障礙、神經血管疾病及個體化醫療開辟新的實驗范式。

北 京 基 爾 比 生物科技公司主營產品：

Kilby 多通道3D細胞培養系統，

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