加州大學圣迭戈分校桑福德干細胞研究所的科研團隊，首次利用石墨烯開發(fā)出一種全新的方法，可以安全、有效地促進人類腦類器官（brain organoids）的發(fā)育和成熟。相關成果近日發(fā)表于《Nature Communications》。

研究團隊提出的這項技術被稱為 Graphene-Mediated Optical Stimulation（GraMOS），即石墨烯介導的光刺激。它通過石墨烯獨特的光電特性，將光信號轉化為溫和的電刺激，模擬真實大腦中外界環(huán)境的輸入，幫助神經元更快地建立連接與溝通。這種方法具有 非基因改造、無損傷、可長期應用、生物相容性好 等優(yōu)勢。

“這是腦研究的游戲規(guī)則改變者?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⒓又荽髮W圣迭戈分校兒科學教授、桑福德干細胞研究所航天干細胞研究中心主任 Alysson Muotri 博士 表示，“我們現(xiàn)在可以在不改變基因的情況下加速腦類器官的成熟，這為疾病研究、腦機接口以及類腦技術的發(fā)展開辟了新道路?！?/p>

研究亮點

• 發(fā)育加速：在阿爾茨海默病患者來源的類器官中，GraMOS 能顯著促進神經網絡的形成與組織化，并提升神經元之間的溝通能力。

• 安全可靠：石墨烯對類器官結構和神經元未產生損傷，即便長期使用也具備良好生物相容性。

• 疾病建模優(yōu)勢：早期阿爾茨海默類器官在 GraMOS 刺激下，展現(xiàn)出神經網絡連接性和興奮性方面的差異，更貼近疾病的真實進程。

• 腦機互動：研究人員將石墨烯刺激的腦類器官與一個簡易機器人相連，實現(xiàn)了閉環(huán)反饋。當機器人遇到障礙時，會通過刺激信號激活類器官，而類器官再反饋神經信號控制機器人避障，整個過程耗時不到 50 毫秒。

聯(lián)合通訊作者、NeurANO Bioscience 首席執(zhí)行官 Elena Molokanova 博士 形象地解釋：“石墨烯和光的結合，就像給神經元一個溫柔的推動，讓它們更快‘長大’，這對于研究老齡相關疾病至關重要?！?/p>

未來應用前景

GraMOS 的出現(xiàn)解決了類器官研究中的一個關鍵瓶頸：神經成熟緩慢。加速后的類器官不僅能更早用于阿爾茨海默病等神經退行性疾病的藥物測試，也可能推動 腦機接口、生物計算、可適應性假體 等新興領域的發(fā)展。

另一位共同作者、Nanotools Bioscience 首席執(zhí)行官 Alex Savchenko 博士 表示：“我們的技術提供了一種可靠、可重復的方法來激活神經元，這不僅將推動基礎神經科學，也能加速臨床轉化研究?！?/p>

值得關注的是，類腦組織與機器人結合的實驗，暗示未來可能出現(xiàn) 神經—生物混合系統(tǒng)（neuro-biohybrid systems），在人機交互、人工智能和新型計算模式中發(fā)揮獨特作用。

“這只是一個開始?！盡uotri 博士強調，“石墨烯的多樣性與腦類器官的結合，可能重新定義神經科學的邊界，從理解大腦到開辟全新的技術范式?！?/p>

參考文獻：Nature Communications?(2025).?DOI: 10.1038/s41467-025-62637-6

編輯：王洪

排版：李麗