油层覆盖下神经元培养系统的稳定性提升、产量优化及氧微环境调控研究

针对小规模神经元培养中环境波动敏感、存活率低及氧浓度控制难题，研究人员开发了基于油层覆盖与自主调节氧微环境(AROM)的新型培养方法。实验表明该方法使大鼠皮质细胞和人神经祖细胞(NPCs)存活率达95%以上，无需换液可维持15天生长，氧环境接近体内水平。该技术为神经科学研究提供了稳定、高效的体外模型平台。

　　

神经元细胞培养是神经科学研究的基础，但小规模培养中培养基蒸发、环境波动及氧浓度控制等问题长期困扰着研究者。尤其是成熟神经元增殖能力有限，对环境变化极为敏感，常规培养方法存活率往往不足20%。更棘手的是，神经元的高代谢活性使其对氧浓度变化异常敏感，而传统培养系统要么因塑料材质阻隔导致缺氧，要么因开放设计使氧浓度始终维持在21%的 atmospheric水平，均无法模拟体内动态平衡。

为解决这些难题，威斯康星大学麦迪逊分校的Chao Li团队在《Journal of Neuroscience Methods》发表研究，创新性地将辅助生殖领域常用的油层覆盖技术引入神经细胞培养。该方法在标准培养板培养基表面覆盖矿物油或硅油（5-100 cSt），形成物理屏障防止蒸发的同时，意外发现油层能自主调节氧微环境(autonomously regulated oxygen microenvironment, AROM)。通过培养大鼠皮质原代细胞和人神经祖细胞(human neural progenitor cells, NPCs)，团队系统评估了该技术的稳定性、细胞存活率及氧调控机制。

关键技术包括：1）油层覆盖培养系统构建（矿物油/硅油）；2）原代大鼠皮质神经元和人NPCs培养；3）氧浓度实时监测；4）细胞存活率与增殖能力检测。

【Improved recovery of primary rat cortical cells】
使用不同粘度油层（矿物油MO、5cSt硅油SO5、100cSt硅油SO100）培养原代大鼠皮质神经元30天。结果显示油层组存活率>95%，而对照组<20%。SO100组氧浓度稳定在5-8%，接近脑组织生理水平（3-12%），且能自发恢复至平衡态。

【Discussion】
油层覆盖通过三重机制发挥作用：物理屏障减少蒸发和温度波动；中等氧扩散系数（介于塑料与PDMS之间）实现AROM功能；油层-培养基界面形成Marangoni对流，增强代谢废物清除。人NPCs在油层下15天无需换液仍保持89%存活率，而对照组仅11%。

结论表明，该技术突破性地将IVF领域的成熟方法引入神经科学，实现：1）小规模培养系统稳定性提升；2）细胞产量提高4-8倍；3）自主维持生理性氧梯度。特别是AROM机制模拟了体内细胞-微环境动态互作，为研究缺氧相关神经退行性疾病（如阿尔茨海默病）提供了新模型。David J. Beebe团队指出，这项"低技术含量但高创新性"的改进，将显著推动类器官培养、药物筛选及神经发育研究。