新型器官芯片技术解析疱疹性脑炎发病机制

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员秦建华团队利用器官芯片技术和多种人源细胞，建立了一种3D神经血管单元仿生芯片模拟脑内微环境，研究探索了单纯疱疹病毒脑炎的发病机制及潜在治疗靶点。相关成果发表在《自然-通讯》上。

疱疹性脑炎（HSE）是最常见的散发病毒性脑炎，病情严重且预后较差。尽管抗病毒药物可以显著降低HSE的死亡率，但仍有相当多病人出现永久性神经功能损伤，其发病机制尚未阐明，也缺少特效治疗药物。

本工作中，科研人员围绕人脑组织复杂结构与功能特点，利用器官芯片技术构建了包含血脑屏障的神经血管单元仿生脑芯片。该芯片体系包含了人脑微血管内皮细胞、神经元、星型胶质细胞、小胶质细胞和3D细胞基质。科研人员通过仿生脑内血管侧和脑侧的功能分区芯片设计和细胞共培养，实现了多种类型细胞的空间有序分布，形成功能性仿生3D血脑屏障与神经血管单元。

本工作着重研究了Ⅰ型单纯疱疹病毒（HSV-1）感染引起脑损伤的发病机制。结果显示，HSV-1感染可导致神经元的损伤，显著增强血脑屏障的通透性；此外，HSV-1感染还可促进小胶质细胞的迁移、增殖与吞噬功能激活。进一步研究发现，T细胞及巨噬细胞等外周血免疫细胞可由血管侧定向迁移、浸润至脑侧，加剧局部炎症反应。与此同时，HSV-1感染导致胶质细胞自噬相关基因表达下调，抑制自噬过程，尤其在小胶质细胞中出现自噬流阻断和自噬体的异常累积。

在此基础上，科研人员进一步利用该芯片模型评价了4种与自噬通路调控相关的药物和天然化合物。结果显示，自噬激活剂可有效抑制病毒复制，减轻血脑屏障损伤，并提高细胞存活率。

本工作利用器官芯片技术建立了人源3D神经血管单元模型，可以模拟HSV-1感染引起的炎症信号激活、免疫细胞募集、自噬障碍等多因素协同介导脑损伤的关键环节。该研究不仅深化了对疱疹性脑炎发病机制的理解，也为寻求HSE有效干预措施提供了新的研究模型、工具和平台。

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-59042-4