一場風靡全球的「冰桶挑戰」曾將「漸凍症」（肌萎縮側索硬化，ALS）帶入眾人的視線。當神經細胞逐漸失去對肌肉的控制，患者全身肌肉會逐漸萎縮，吞咽困難，最後呼吸衰竭。
「漸凍人」發病後平均壽命僅有2到4年，像霍金那樣長期與病魔搏鬥的患者可謂奇蹟。不幸的是，人類迄今未找到ALS的病因，遑論給出對症之藥。
美國麻省理工學院（MIT）的一個團隊10月11日在《科學進展》上報告了一種在微流控晶片上製作神經和肌肉組織的3D模型的方法。藉助這種「晶片器官」，他們觀察到健康神經元與「漸凍」神經元的驚人差異，並試驗了兩款仍在臨床測試階段的新藥。
僅有少部分「漸凍症」與遺傳缺陷相關，而90%的散發性案例發病原因仍是未解之謎。正因如此，極少數獲美國食品藥品監督管理局（FDA）批准上市的「抗凍」藥品都並非完全對症。科學家們繼續突破動物模型的限制，找到分析病理和臨床試驗的更優方法。
冰桶挑戰。 視覺中國 資料圖
其中，運動神經元和肌肉細胞之間的連接處，即肌肉神經接頭，是模擬「漸凍症」的關鍵。數十年來，科學家們受限於2D模型結構。
2016年，MIT機械和生物工程教授羅傑·卡姆（Roger Kamm）團隊用微流控晶片技術首次做出了鼠類肌肉神經接頭的3D模型。這是一種在微米尺度的晶片中模擬人體環境，集成基本操作單元，自動完成分析全過程的技術。
他們將神經元和肌肉纖維分置於晶片上相鄰的兩個隔室內。神經元會逐漸延展出常常的神經突，最終與繞在兩個柔性柱子上的肌肉纖維連接。
這些神經元用光遺傳技術編輯過，能在光照控制下刺激肌肉收縮。通過觀察兩個柔性柱子的位移情況，研究人員就能測量肌肉收縮的力度。
在此次發表的成果中，卡姆團隊用人類神經元與肌肉細胞進行代替。這些神經元一部分由健康人群的誘導性多能幹細胞（iPSCs）分化而來，一部分由散發性ALS患者的誘導性多能幹細胞分化而來。
實驗結果顯示，「漸凍症」組的神經元生長神經突的速度更慢，也無法與肌肉纖維建立強有力的連接。此外，神經元退化和肌肉細胞死亡的數量也更多。
「我們可以看到，健康的神經元直撲肌小管而去，並激活了它們。然而，ALS神經元似乎無法很好地建立連接。」卡姆說道。
「晶片器官」：綠色部分為漸凍症患者誘導性多能幹細胞分化而成的運動神經元，紫色部分為肌肉組織。
兩周之後，ALS運動神經元對肌肉建立起的控制力，僅有健康神經元的四分之一。
展示「晶片器官」能有效模擬「漸凍症」之後，卡姆團隊開始探索這個模型的試藥能力。
他們選擇了兩款仍處於臨床測試階段的新藥雷帕黴素（Rapaycin）和伯舒替尼（Bosutinib）。在「晶片器官」上模擬的結果顯示，兩款藥物都能幫助肌肉在運動神經元的刺激下收縮，並提高神經元的存活率。更重要的是，兩款藥物各自穿透血-腦屏障（毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障）的能力有限，但同時施用時均能有效地穿透屏障。
目前，卡姆團隊正在與當地的生物技術企業合作，計劃收集1000名「漸凍人」的誘導性多能幹細胞，在「晶片器官」上進行大規模藥物試驗。
他們也打算對模型本身進行升級，使其一方面能同時容納更多的測樣，另一方面能支持在神經系統中的其他細胞類型，比如雪旺細胞和小膠質細胞。