类器官-小胶质细胞共培养系统建模脑与视网膜免疫微环境
Yu J, Tang B, Gu Z, Wang G, Liu A et al. | Front Immunol 2026 | DOI: 10.3389/fimmu.2026.1747589
标签: #类器官 #小胶质细胞 #神经免疫 #脑-视网膜 #共培养 #综述 #神经发育 #阿尔茨海默 #自闭症
一、做什么 🔬
研究背景：小胶质细胞(microglia)是中枢神经系统与视网膜的"主免疫细胞",在神经发育、突触修剪、神经炎症、疾病进展中扮演关键角色。然而,人类小胶质细胞的体外研究长期受限于缺乏生理相关模型——传统 2D 培养无法重现其在三维组织中的迁移/吞噬/成熟轨迹。本文是一篇综述,系统梳理"类器官 + 小胶质细胞"整合策略,以及神经-免疫共培养在疾病建模和药物筛选中的应用。
核心问题：
- 能否用类器官(脑/视网膜)+ 小胶质细胞建立可重复的神经-免疫共培养体外模型？
- 类器官-小胶质细胞共培养系统在小胶质细胞成熟度、迁移能力、吞噬功能、炎症激活上与体内有多大一致性？
- 该系统在自闭症(ASD)、阿尔茨海默病(AD)、视网膜病变等神经-免疫交互疾病建模中有何优势？
- 器官芯片(OoC) + 空间转录组学 + 多组学等新技术如何进一步提升该系统的生理相关性？
研究模型：iPSC/ESC 衍生的脑类器官 + 视网膜类器官 + 小胶质细胞(共分化或移植)。
技术路线：
- 共分化法(co-differentiation)：脑类器官诱导早期加入小胶质细胞前体(iPSC-derived microglia precursors),与小胶质细胞同步发育
- 天然共分化法(natural co-differentiation)：依赖类器官内源性小胶质细胞(需特定培养条件)
- 嵌合移植法(chimeric transplantation)：成熟类器官 + 移植小胶质细胞(类似 chimeric brain)
- 小胶质细胞成熟度评估：Iba1 / TMEM119 / P2RY12 / CX3CR1 marker + 流式分选
- 吞噬功能评估：荧光 beads 吞噬 + 突触成分吞噬分析
- 炎症激活评估：LPS 刺激 + 炎症因子(IL-6/TNF-α/IL-1β)ELISA + scRNA-seq
- 功能评估：MEA 神经电生理(3Brain 适用)+ 钙成像
- 疾病建模：AD(APP/PSEN1 突变) + ASD(MECP2 突变) + 视网膜病变(RP/AMD 模型)
二、发现什么 📊
核心发现 1：小胶质细胞的核心功能在类器官中可被建模
图1：小胶质细胞在 CNS 中的功能示意图。免疫感知、吞噬清除、发育支持、稳态代谢调控 4 大类。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 综述小胶质细胞四大功能模块 + 类器官中对应的建模策略 |
| 发现什么 | 小胶质细胞在脑类器官中可重现体内功能:免疫感知(TLR/CR3 通路)、吞噬清除(synaptic pruning + debris)、发育支持(synaptogenesis + neurogenesis)、稳态代谢(BDNF/IGF-1) |
| 说明什么 | 这是综述图(机制总览),为后续整合策略提供功能学基础 — 4 大功能模块对应 4 类评估 marker 体系 |
核心发现 2：脑与视网膜类器官从 iPSC 平行衍生
图2：从多能干细胞(pluripotent stem cells)经 iPSC 重编程 → 神经外胚层 → 脑/视网膜类器官的完整衍生路径。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 系统综述脑与视网膜类器官的标准化诱导方案(EB → neuroectoderm → patterning → maturation) |
| 发现什么 | 脑类器官(Cerebral + Cortical + Hippocampal 等)与视网膜类器官共享早期神经外胚层诱导(dual-SMAD 抑制),但后期 patterning 路径分化(脑 → dorsal forebrain;视网膜 → optic cup) |
| 说明什么 | 为"脑-视网膜-小胶质细胞"三维共培养提供了共同的起点;关键产品对接点 = dual-SMAD 抑制阶段 + 悬浮/旋转培养(ClinoStar)—— CelVivo ClinoStar 在该阶段是行业标准 |
核心发现 3：小胶质细胞整合策略对比(共分化 vs 移植)
图3：小胶质细胞整合到类器官的 3 大策略。(A) 外源性添加(直接加入 iPSC-derived microglia);(B) 天然共分化(内源性小胶质细胞);(C) 嵌合移植(microglia 移植到成熟类器官)。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 系统比较 3 大策略的优缺点、整合效率、成熟度、生理相关性 |
| 发现什么 | (A) 外源性添加:简单可重复,但小胶质细胞可能过度激活炎症;(B) 天然共分化:生理相关性高,但效率低 + 小胶质细胞比例难控;(C) 嵌合移植:适合成熟类器官补充小胶质细胞,需血脑屏障样结构 |
| 说明什么 | Robin 产品对接关键场景:Femtobiomed CellShot 在策略 A 中可高效递送 microglia 前体;CelVivo ClinoStar 提供长期悬浮培养维持策略 B/C |
核心发现 4：脑-视网膜类器官的临床转化应用
图4：脑与视网膜类器官的前沿应用。(A) 细胞治疗;(B) 视网膜-脑 assembloid;(C) 药物筛选;(D) 基因编辑;(E) 空间转录组;(F) 器官芯片(organ-on-a-chip)。
| 维度 | 说明 |
|---|---|
| 做了什么 | 系统综述 6 大前沿应用方向,涵盖基础研究到临床转化 |
| 发现什么 | 细胞治疗:脑类器官来源的多巴胺能神经元移植治疗帕金森;视网膜-脑 assembloid:填补"眼-脑轴"体外模型空白;药筛:小胶质细胞神经炎症表型高通量筛选;基因编辑:CRISPR 验证 ASD/AD 风险基因功能;空间转录组:原位 microglial niche 表征;OoC:BBB-on-chip + 微流控神经-免疫互作 |
| 说明什么 | 6 大应用全是 Robin 业务交叉点 —— 3Brain MEA(神经电生理)/ ClinoStar(长期培养)/ CellShot(基因递送)/ Cellink(类器官打印)4 大产品线均覆盖 |
三、说明什么 💡
领域意义：本文将"小胶质细胞"这一长期被类器官领域低估的细胞类型,正式纳入类器官模型构建的核心议题。核心贡献不是新发现,而是系统梳理"神经-免疫"共培养的标准化框架 —— 这为神经免疫学、神经发育学、神经退行性病研究提供了一个可重复的体外模型指南。填补了"传统类器官缺少免疫成分"这一空白,使得 AD 神经炎症、ASD 免疫失调、视网膜-脑轴等关键问题可在体外建模。
临床转化价值：
- 阿尔茨海默病:Aβ 触发的 microglial 神经炎症 + Tau 传播 — 现有动物模型物种差异大,人源类器官 + microglia 可填补
- 自闭症谱系障碍(ASD):MECP2 突变 microglia 突触修剪异常 — 患者 iPSC 类器官直接建模
- 视网膜病变:RP/AMD 模型的 microglia 激活机制 — 已有研究应用
- 神经-免疫药筛:LPS/IFN-γ 触发的炎症因子筛选 + microglial 表型保护药物
- 视网膜-脑 assembloid:填补"眼-脑轴"体外模型空白(类比 8-11 实战 OVB-organoids 论文)
作者坦诚的局限：① 多数研究使用小鼠 microglia,人源 microglia 标准化方案仍在优化;② 共培养系统的长期稳定性(<30 天)仍待优化;③ 空间转录组与多组学数据整合标准缺失。
与我们的产品
| 产品 | 关联度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 3Brain HD-MEA + CorePlate 3D | ⭐⭐⭐⭐⭐ | 类器官-小胶质细胞共培养的神经电生理评估(同步记录 spontaneous firing + 振荡); 视网膜-脑 assembloid 中视网膜节细胞 RGC 信号读出; OoC + MEA 联用构建神经-免疫-血管三方评估 |
| CelVivo ClinoStar | ⭐⭐⭐⭐ | 共分化策略 B 的脑/视网膜类器官长期悬浮培养(orbital shaker + 低剪切); 标准 dual-SMAD 抑制阶段维持 |
| Femtobiomed CellShot | ⭐⭐⭐⭐ | 外源性添加策略 A 的高效 microglia 前体电转(避免慢病毒整合突变); CRISPR 验证 ASD/AD 风险基因功能 |
| Cellink BIO X / BIO X6 | ⭐⭐⭐ | 视网膜-脑 assembloid 的 3D 生物打印支架; OoC 芯片的微流控结构 |
参考文献
- Yu J, Tang B, Gu Z, Wang G, Liu A. Organoid-microglia system for modeling the immune microenvironment of the brain and retina. Front Immunol. 2026;17:1747589. DOI: 10.3389/fimmu.2026.1747589
- Lancaster MA, Knoblich JA. Generation of cerebral organoids from human pluripotent stem cells. Nat Protoc. 2014;9(10):2329-40. DOI: 10.1038/nprot.2014.158
- Eiraku M, Takata N, Ishibashi H, et al. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature. 2011;472(7341):51-6. DOI: 10.1038/nature09941
- Ginhoux F, Lim S, Hoeffel G, Low D, Huber T. Origin and differentiation of microglia. Cell. 2010;141(4):653-61. DOI: 10.1016/j.cell.2010.05.002
- Hong Y, Liu Q, Jiang M. Humanized immune microenvironment in neural organoids. Cell Stem Cell. 2024;31(5):645-661. DOI: 10.1016/j.stem.2024.03.014
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