威斯康星州的科学家们成功地培育出了源自人类胚胎干细胞的三维类脑组织结构。与之前微型大脑模型不同的是，这种新结构可以很容易地复制，并且包含血管细胞和被称为小胶质细胞的免疫细胞。
该团队报告说，这些大脑模拟物可能为筛选药物和化学物质对人类大脑发育的破坏能力提供一种快速、低成本的方法（Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, DOI:10.1073/pnas.1516645112）。威斯康星大学的生物医学工程师迈克尔施瓦茨是研究团队的成员之一，他说，目前的毒性筛选测试使用多代大鼠，测试一种化学物质的成本约为100万美元。
来自威斯康星大学和麦迪逊的莫格里奇研究所的研究人员并没有计划创造这种类脑结构。当他们在工程水凝胶上培养神经祖细胞时，这些细胞能够自组装，这让他们感到惊讶。神经祖细胞被编程为成为特定的脑细胞，如神经元和小胶质细胞。
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施瓦茨在谈到该团队最初的计划时说：“我们只是想让所有神经细胞类型都处于同一位置，以便人工区分更多的细胞类型并将它们组合在一起。”一旦他们发现神经祖细胞可以自行组织并生长成复杂的组织，研究人员就将血管细胞和小胶质细胞纳入到这些结构中，模拟了发育中的人脑中各种细胞类型和细胞间的相互作用。
施瓦茨指出，人们对人类大脑发育的机制知之甚少，因此很难知道某种特定化学物质是否会破坏任何这些通路。
为了解决这个问题，研究人员测试了他们的微型大脑模型对各种化学物质的反应，研究了这些结构如何表达19,000个不同的基因。他们从240个复制的大脑模拟物中收集了RNA测序数据，每个模拟物都暴露于60种不同的化学物质中，其中34种有毒，26种无毒。有毒化学物质包括铅、砷、镉和针对各种细胞功能的药物。这些数据被用来构建一个模型，该模型可以预测化学物质（如食品添加剂、环境污染物或药物）是否会影响发育中的人脑。
美国环境保护署（EPA）正在开发高通量筛选测试的科学家们表示，测量如此多的基因可能会限制威斯康星团队的工具在筛选大量化学物质方面的用途。他们认为，从长远来看，如果测量RNA的成本下降，或者研究人员可以确定如何仅通过一部分基因就获得相同的预测能力，“这将有助于填补美国环保署现有高通量筛选系统中存在的生物学空白”，美国环保署计算毒理学国家中心主任罗素·托马斯说。
威斯康星大学的生物医学工程师威廉·墨菲补充说：“在短期内，该方法可能更有价值，用于识别毒性的途径和机制”。他领导威斯康星团队开发了合成水凝胶。“我们正在收集大量关于这些人类大脑模拟物对已知有毒化学物质的反应数据，我们可以开始了解受这些化学物质影响的信号通路，”他说。“不仅仅是了解是否会影响，还要了解这些化学物质如何影响发育中的人脑。”