《Lab on a Chip》：MyeliMAP: a microfluidic-multielectrode array hybrid platform to investigate oligodendrocyte function in human iPSC derived brain-like networks
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本文开发了MyeliMAP平台，创新性地结合微流控结构与高密度微电极阵列（HD-MEA），首次在诱导性人多能干细胞（hPSC）分化的iNGN2神经元与iSOX10少突胶质前体细胞（OPC）共培养体系中实现髓鞘形成的结构与功能双重验证。该平台通过可控的微环境促进轴突-胶质细胞相互作用，六周内观察到致密多层髓鞘超微结构及动作电位传导速度提升，为人类髓鞘相关疾病研究提供了人源化、可定量评估的高通量模型。
引言
少突胶质细胞作为中枢神经系统（CNS）的髓鞘形成细胞，不仅通过致密髓鞘提供电绝缘功能，还参与轴突代谢支持与离子稳态调节。传统啮齿类模型难以模拟人类特异性髓鞘特征，而现有脑类器官系统多局限于静态终点分析。MyeliMAP平台通过整合微流控微结构与HD-MEA技术，首次实现人iPSC来源神经元-少突胶质细胞共培养体系中髓鞘形成的动态功能监测。
材料与方法
研究采用诱导型hPSC系（iNGN2神经元与iSOX10 OPC），在定制化聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控芯片中构建脑样微环境。芯片设计包含外周细胞种植区与中央轴突腔室，通过4微米高微通道限制胞体迁移并引导轴突定向延伸。优化后的1:4稀释Matrigel基质胶联合层粘连蛋白构成三维细胞外基质（ECM），支持细胞共分化。透射电镜（TEM）与免疫荧光（NF、MBP、CASPR标记）分别用于超微结构验证和髓鞘相关蛋白定位。HD-MEA系统每周记录自发与刺激诱发的电生理活动，通过峰值检测算法量化神经元网络参数与传导延迟。
结果
- 1.
微工程结构促进髓鞘形成
芯片中央腔室中，iSOX10 OPC接种一周后与iNGN2神经元轴突形成紧密空间关联。第五周免疫荧光显示MBP+少突胶质细胞突起沿NF+轴突平行排列，CASPR+旁结结构提示功能性髓鞘节段形成。第六周TEM证实松散包裹与致密多层髓鞘并存，呈现人类髓鞘发育连续谱系。
- 2.
少突胶质细胞增强网络成熟
与神经元单独培养相比，共培养体系早期（1-4周）单神经元放电频率较低，但后期（8-9周）网络爆发频率、爆发期内峰值速率及活跃神经元比例均显著超越单独培养组，表明少突胶质细胞通过髓鞘形成逐步稳定并同步化神经元网络活动。
- 3.
髓鞘化提升动作电位传导
电刺激微通道记录显示，共培养组第六周后传导延迟显著缩短，计算传导速度较单独培养组提升约1.5倍，与髓鞘超微结构出现时间吻合。尽管共培养组响应轴突数量较少（可能因胶质细胞物理遮挡），但髓鞘化轴突表现出更高效信号传导。
讨论
MyeliMAP通过模拟体内白质束空间构象，克服了传统模型缺乏功能读数的局限。低浓度Matrigel基质优化了少突胶质细胞存活，但部分轴突未髓鞘化提示神经元成熟度异质性可能影响包裹效率。平台检测到的传导速度低于某些报道，可能与开放腔室中轴突路径曲折、残余基质胶影响信号记录有关。未来通过延长培养时间或添加促髓鞘化因子可进一步提升模型成熟度。
结论
该平台首次在iNGN2神经元中证实功能性髓鞘形成，为人类脱髓鞘疾病机制解析与促髓鞘化药物筛选提供了兼具结构验证与动态电生理监测的高仿生工具。
