以色列科学家融合“脑组织”和电子芯片来测试自闭症治疗

以色列企业家兼投资者 Shmulik Bezalel 走遍世界各地，捐赠资金用于研究，为患有低功能自闭症谱系障碍的儿子 Itay 寻找治疗方法。Itay 是全球 2.54 亿患有神经精神疾病且得不到适当治疗的儿童和成年人之一。

认识到神经精神疾病的治疗选择有限，贝扎雷尔与连续创业者 Boaz Goldman 和神经科学家 Nisim Perets 博士合作，于 2021 年创立了一家以色列生物科技初创公司，旨在生成大脑模拟并测试药物的功效。

这家初创公司 Itay & Beyond（以比撒列尔的孩子 Itay 的名字命名）目前正在开发针对自闭症、癫痫和精神分裂症等精神和神经疾病的药物研发和测试平台。“

我们的愿景是建立一个系统，测试特定药物如何影响伊泰的学习能力、改善记忆力或社交能力，”佩雷茨告诉《以色列时报》。“我们的目标是创建一个系统来预测特定药物对认知和行为方面的功效。”

这听起来就像是科幻小说里的情节，以佩雷茨为首的以色列科学家一直在耶路撒冷哈达萨医疗中心的实验室里开发能够模拟行为输出的人类大脑芯片技术。

在实验室中，佩雷茨和他的团队在培养皿中从自闭症和癫痫患者的尿液样本中提取的单个细胞中培育出脑类器官（类似于人类大脑部分的组织），然后将其重新编程为干细胞。

实验室培育的脑组织被转移到电子芯片上，该芯片与计算机相连。脑组织位于多电极阵列上，每个电极都可以记录并向脑器官提供刺激。因此，脑芯片技术可以测量体外培育的活脑组织的电子信号。

“我们将大脑视为一台计算机器，就像一台计算机，而不是心脏或肝脏之类的器官，”佩雷茨说。“我们开发的核心技术，也是我们公司成名的原因，是我们决定冒险将脑类器官放在芯片上，这样我们就可以记录和刺激大脑的电活动，而不仅仅是分子。”

他补充道：“利用先进的人工智能技术和大数据分析，我们可以测量、研究并深入了解脑器官如何编码信息并对刺激（包括不同的药物分子）做出反应。”

佩雷茨拥有特拉维夫大学的神经科学博士学位和海法以色列理工学院的博士后学位，他表示，神经编码（即大脑如何工作和编码信息）是了解阿尔茨海默氏症、癫痫、帕金森氏症和精神分裂症等精神和神经疾病患者“大脑出了什么问题”的关键。

佩雷茨解释说，一旦计算机和芯片之间建立了交互，系统就可以通过一种称为强化学习的方法来教皮层大脑类器官完成一些简单的任务，比如玩电子游戏。

“每场视频游戏结束后，我们都会得到一个分数。然后，我们会将其与健康患者和患有自闭症或癫痫等疾病的患者的其他脑组织的分数进行比较，并寻找可以改善这些疾病的药物，”佩雷茨说。

Itay & Beyond 正在开发的平台旨在打破神经精神疾病药物研发领域的重大僵局，这些疾病包括癫痫、自闭症、痴呆症（包括阿尔茨海默氏症）和精神分裂症。在研发药物时，研究人员首先在小鼠或大鼠身上进行试验，如果成功，然后再在人类身上进行试验。

然而，由于小鼠和人类大脑之间存在显著差异，这些药物经常在人体临床试验中失败，浪费了数年昂贵的研发成果，Perets 指出。他说，在过去二十年中，只有五种新药被批准用于治疗自闭症和癫痫等神经精神疾病。

“开发治疗神经或精神疾病的药物非常困难的原因之一是疗效预测不佳，”佩雷茨说。“大多数在小鼠和大鼠身上测试的药物被发现对人类是安全的，但为了测试疗效，从小鼠到人类的推断并不好。”

此外，新药的疗效往往要经过第2阶段或第3阶段临床试验才能得到验证，这可能需要10年的时间，而且成本非常高，他说。

佩雷茨承认，世界各地的其他科学家也在致力于开发大脑芯片模型，以便更好地了解脑部疾病和开发新药，但他说，大部分的重点都放在安全性而不是功效上，“因为这是一项更容易实现的任务”。

Itay & Beyond 的平台旨在帮助制药公司根据人类脑器官预测药物的功效，帮助他们做出有关临床前测试的决策以及开发能够成功治疗患者的新药或治疗方法。

该系统仍处于起步阶段，但佩雷茨表示，这家生物科技初创公司已经与以色列和欧洲的小型制药公司建立了合作伙伴关系，这些公司利用其技术作为决策支持系统，以确定是否应该推进药物临床试验。

Perets 表示，这家初创公司即将与哈达萨医疗中心合作发表首篇同行评议的科学论文。明年，Perets 和他的团队将继续对该技术平台进行回顾性和前瞻性的临床验证，其中还包括在佩塔提克瓦的施耐德儿童医疗中心进行患者测试。

“我们的主要目标是将新一代药物检测方法推向世界，这样患者就不会成为实验对象，并节省试验和错误带来的金钱和挫折感，”佩雷茨说。“我们的最终愿景是，利用我们的技术验证我们自己的治疗自闭症、癫痫和精神分裂症等疾病的专利药物，并将其出售给制药公司。”