一項新研究將四個微型3D器官在實驗室培養皿中連接起來，形成了人類疼痛路徑的複製。這項發現有助於科學家更好地理解慢性疼痛以及自閉症等疾病如何影響疼痛感知，並提供了一種無需動物實驗的疼痛治​​療方法。

由聚集在一起的類器官組成的微小組裝體蒂莫西·阿奇博爾德/帕斯卡實驗室/史丹佛大學（原始影像使用生成式人工智慧擴展）

疼痛、觸覺、搔癢和運動等身體感覺訊息會透過上行感覺路徑從週邊神經傳遞到大腦。如果遺傳或環境因素導致該通路中斷，則可能導致慢性疼痛或自閉症譜系障礙(ASD) 常伴隨的感覺過敏。

史丹佛醫學院的研究人員在培養皿中以3D形式複製了這種痛覺神經路徑。這項發現加深了我們對自身處理疼痛訊號的理解，並為開發更有效的疼痛治療方法打開了大門。

「我們現在可以非侵入性地模擬這條通路，」史丹佛大學精神病學和行為科學教授、該研究的通訊作者Sergiu Pașca博士說。 “我們希望這能幫助我們更好地治療疼痛障礙。”

當然，使用這些類器官或微型實驗室製造的器官還有一個額外的好處：科學家不需要在有疼痛感的動物身上進行實驗。

「它們的痛覺通路在某些方面與我們不同，」帕斯卡說。 「然而這些動物能感受到疼痛。而我們這個基於培養皿的裝置卻感受不到。它們傳遞的神經信號需要經過我們大腦其他中樞的進一步處理，我們才能感受到那種令人不快、厭惡的疼痛感。”

源自身體周圍區域的疼痛訊號沿著上行感覺路徑四個不同部位的神經元傳遞到大腦：背根神經節、脊髓背側、丘腦和軀體感覺皮質。研究人員利用化學訊號引導誘導性人類多能幹細胞(hPSC) 生長成四個不同區域的類器官。這些類器官包含近四百萬個細胞，直徑略小於十分之一英吋（2.54 毫米）。將四個類器官並排放置，大約100 天后，每個類器官中的神經元自行連接在一起，形成了Pa MICHIca 所稱的「組裝體」。

人體疼痛路徑各部分的微型複製品組合成一個集合體，為更好地理解慢性疼痛提供了一種方法

「我們發現，只要我們製造出各個部件並正確地將它們組裝在一起，就不需要了解這些電路的組裝細節，」他說。 “一旦把這些類器官組裝在一起，細胞就能找到彼此，並以有意義的方式連接起來，從而產生新的特徵。”

研究人員發現，神經活動沿著集束體的長度擴散，模擬了人體內的運作方式：從感覺類器官到脊髓類器官，再到丘腦類器官，最後到達皮質類器官。當使用辣椒素（辣椒素是辣椒產生辣味的物質）等化學物質來誘發疼痛時，這種波浪活動會增強。

「如果你不能同時觀察所有四個連接在一起的類器官，你就永遠無法看到這種波浪式的同步，」帕斯卡說。 “大腦不僅僅是其各個部分的總和。”

鈉通道在神經衝動的產生和傳導中起著至關重要的作用，神經衝動沿著神經元膜傳遞疼痛訊號。 Nav1.7 是一種主要存在於週邊感覺神經元上的鈉通道，其基因突變可能會導致對疼痛產生極度敏感或無法感知疼痛。當研究人員建構出一個含有突變的、對疼痛敏感的Nav1.7 的組裝體時，這個微型器官能夠更頻繁地從感覺類器官傳遞到皮質類器官，並產生自發性神經傳遞。

然而，當他們「關閉」一個類器官中的Nav1.7 鈉通道時，他們注意到它仍然透過發出訊號對化學產生的疼痛刺激做出反應，但它與其他類器官之間的同步性消失了。

“感覺神經元仍然會放電，”帕斯卡說，“但它們無法與網路的其他部分以協調的方式互動。”

除了幫助研究人員更深入了解疼痛的傳遞方式外，他們還表示，他們的組裝體還可以用於研究自閉症（ASD）等神經發育障礙，這些障礙會影響疼痛敏感性和整體感覺刺激。這是因為組裝體在幾個月內自行連接在一起，代表了胎兒發育的早期階段。當然，組裝體也可以用來測試止痛藥。

「Nav1.7 似乎主要存在於週邊痛覺神經元的表面，」帕斯卡說。 “我們認為，篩選能夠抑制感覺類器官觸發過度或不適當神經元傳遞波的能力的藥物，同時又不會像阿片類藥物那樣影響大腦的獎賞迴路——這正是它們容易上癮的原因——或許可以開發出更有針對性的疼痛療法。”

這項研究發表在《自然》雜誌。