本文构建可稳定复现、长期包含稳态小胶质细胞的人诱导多能干细胞三维皮质脑组织模型3BTM，克服现有脑体外模型成熟度差、小胶质细胞短期存活的缺陷；该模型可复现阿尔茨海默病核心病理特征，适配抗体类神经退行性疾病药物成像筛选，为生理及疾病状态人脑细胞互作研究提供标准化平台。

该研究团队作者包含Julien Klimm、Carolina Cardoso Gonçalves、Dominik Paquet 等，论文标题为A reproducible three-dimensional model of human brain tissue to investigate physiological and disease-associated microglia phenotypes，在2026年6月在线发表于《Nature Neuroscience》期刊。

重要发现
1.3BTM模型构建与基础成像表征
研究先通过小分子诱导方案，将人诱导多能干细胞分别分化为纯皮质神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞三类细胞；神经元与星形胶质细胞以3:1比例在无外源性基质胶超低吸附培养体系自聚集，经DAPT与5-氟尿嘧啶处理快速进入有丝分裂后状态，培养物直径长期稳定、无坏死核心。培养15天后加入小胶质细胞，细胞可自主迁移均匀分布，培养周期可达6个月。

含稳态小胶质细胞的可重复人三维脑组织模型构建

成像体系包含多重光学与电镜检测手段：免疫荧光固定切片成像用于细胞分型标记、Aβ斑块定量、细胞凋亡TUNEL检测；透射电镜观测突触超微结构，可分辨突触前后膜及大脑特征三方突触结构；双光子活体荧光成像系统搭载膜荧光标记小胶质细胞，以近红外飞秒激光实现三维组织长时间时序观测，可定量小胶质细胞突起运动速度、损伤趋化响应；钙荧光活体成像捕捉神经元同步网络电活动。

多线验证显示SA2、A18、KOLF三种独立干细胞系构建的3BTM成像特征高度统一，小胶质细胞6个月时超75%表达稳态标志物P2RY12，分枝指数、突起数量成像定量结果与人成年小胶质细胞转录特征匹配。对比二维共培养体系，三维模型光学成像下星形胶质、小胶质分枝复杂度显著提升，激光损伤响应仅在3BTM体系可观测。

3BTM的成熟度提高了与人类脑组织的相似性

诱导多能干细胞衍生脑细胞类型的分化及3BTM的整体表征

3BTMs的质谱分析及单个iNE和iAS的形态

3.阿尔茨海默病病理成像与药物测试体系
采用CRISPR-Cas9敲入APP瑞典、北极、伊比利亚联合致病突变构建AD型3BTM。荧光成像可定量Aβ沉积斑块数量与面积，免疫印迹与荧光同步检测磷酸tau蛋白升高；外源合成Aβ42添加后，荧光染色可见致密斑块样结构，适配抗体干预光学观测。

阿尔茨海默病模型三维脑组织（3BTM）可复现阿尔茨海默病核心病理表型

外源 Aβ₄₂处理可诱导斑块样病理，适用于抗淀粉样抗体药效检测

共聚焦荧光可示踪抗体与Aβ共定位信号，双光子活体成像定量小胶质细胞吞噬Aβ的荧光载量、CD68吞噬标志物荧光强度，多细胞系成像重复验证抗体可清除淀粉样沉积、逆转胶质炎症相关分子表达。

创新与亮点
本研究突破传统脑类器官、二维共培养两大成像瓶颈：传统体系小胶质细胞数周内消失、体外呈激活态，难以开展长期活体光学追踪；3BTM实现6个月稳态小胶质细胞三维活体时序成像，无需动物移植即可获得体内同等分枝形态与损伤响应光学信号。

创新配套多模态生物成像组合：双光子活体时序成像实现厚组织无切片动态观测，透射电镜与免疫荧光联合解析病理超微结构，高通量荧光定量适配药物筛选光学读数。

总结与展望
本研究建立无外源基质、可跨干细胞系稳定复现的三维人脑组织模型3BTM，整合免疫荧光、透射电镜、双光子活体、钙成像全套光学表征手段，证实神经元、星形胶质、小胶质细胞长期生理成熟，完整复现阿尔茨海默病淀粉样斑块、tau过度磷酸化、胶质炎症表型，且可用于抗淀粉样抗体的活体成像药效检测。现有模型缺乏血管结构，无法开展脑血管相关病理光学观测；后续可在3BTM基础上引入血管内皮细胞构建血管化三维脑组织，拓展脑淀粉样血管病、免疫治疗相关成像研究体系。

doi: https://doi.org/10.1038/s41593-026-02367-0