加州大学圣迭戈分校桑福德干细胞研究所的科研团队，首次利用石墨烯开发出一种全新的方法，可以安全、有效地促进人类脑类器官（brain organoids）的发育和成熟。相关成果近日发表于《Nature Communications》。
研究团队提出的这项技术被称为 Graphene-Mediated Optical Stimulation（GraMOS），即石墨烯介导的光刺激。它通过石墨烯独特的光电特性，将光信号转化为温和的电刺激，模拟真实大脑中外界环境的输入，帮助神经元更快地建立连接与沟通。这种方法具有 非基因改造、无损伤、可长期应用、生物相容性好 等优势。
“这是脑研究的游戏规则改变者。”论文通讯作者、加州大学圣迭戈分校儿科学教授、桑福德干细胞研究所航天干细胞研究中心主任 Alysson Muotri 博士 表示，“我们现在可以在不改变基因的情况下加速脑类器官的成熟，这为疾病研究、脑机接口以及类脑技术的发展开辟了新道路。”
研究亮点
- 发育加速：在阿尔茨海默病患者来源的类器官中，GraMOS 能显著促进神经网络的形成与组织化，并提升神经元之间的沟通能力。
- 安全可靠：石墨烯对类器官结构和神经元未产生损伤，即便长期使用也具备良好生物相容性。
- 疾病建模优势：早期阿尔茨海默类器官在 GraMOS 刺激下，展现出神经网络连接性和兴奋性方面的差异，更贴近疾病的真实进程。
- 脑机互动：研究人员将石墨烯刺激的脑类器官与一个简易机器人相连，实现了闭环反馈。当机器人遇到障碍时，会通过刺激信号激活类器官，而类器官再反馈神经信号控制机器人避障，整个过程耗时不到 50 毫秒。
联合通讯作者、NeurANO Bioscience 首席执行官 Elena Molokanova 博士 形象地解释：“石墨烯和光的结合，就像给神经元一个温柔的推动，让它们更快‘长大’，这对于研究老龄相关疾病至关重要。”
未来应用前景
GraMOS 的出现解决了类器官研究中的一个关键瓶颈：神经成熟缓慢。加速后的类器官不仅能更早用于阿尔茨海默病等神经退行性疾病的药物测试，也可能推动 脑机接口、生物计算、可适应性假体 等新兴领域的发展。
另一位共同作者、Nanotools Bioscience 首席执行官 Alex Savchenko 博士 表示：“我们的技术提供了一种可靠、可重复的方法来激活神经元，这不仅将推动基础神经科学，也能加速临床转化研究。”
值得关注的是，类脑组织与机器人结合的实验，暗示未来可能出现 神经—生物混合系统（neuro-biohybrid systems），在人机交互、人工智能和新型计算模式中发挥独特作用。
“这只是一个开始。”Muotri 博士强调，“石墨烯的多样性与脑类器官的结合，可能重新定义神经科学的边界，从理解大脑到开辟全新的技术范式。”
参考文献：Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62637-6
