目的:利用生物材料构建神经元三维培养系统,已经成为组织工程学领域的研究热点。聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane),水凝胶(Hydrogel),去细胞化材料(Decellularization material)作为目前的主流材料,广泛应用于细胞培养领域,这些材料的共同点是具备良好的生物相容性和易制作等特点。在传统的人多能干细胞来源的神经元体外培养过程中,如何保持神经细胞的生理特性一直是困扰生物学家们的难题。方法:我们设计了一种以聚二甲基硅氧烷为基础的三维柱状空间材料,在对材料进行基质包被后,将人多能干细胞来源的皮层神经元均匀转移至柱状结构的PDMS(聚二甲基硅氧烷)材料中,在体外培养4-10周后,利用免疫荧光染色技术检测神经元相关蛋白的表达,并通过实时定量PCR技术检测背侧前脑相关因子的表达水平。在以此三维培养系统为基础上,我们利用重物撞击三维培养的神经元以模拟脑损伤过程并建模结果:我们的实验结果表明在三维柱状结构的生长环境中,处于增殖分裂期的神经干细胞比例显著降低,而神经元分化率和成熟度均得到了显著提高。经过敲击后人类神经元的谷氨酸盐释放水平显著提高,这与体内脑损伤的研究一致。而在分别加入了钙离子通道阻滞剂(尼莫地平)和N-甲基-D-天冬氨酸受体拮抗剂(美金刚)的实验组中,谷氨酸盐的释放水平显著降低,提示了这两种药物在脑损伤过程中的神经保护作用。结论:体外三维细胞模型的成功建立为皮层神经元的生长提供了接近真实人类大脑的三维环境,以此得到了功能成熟的人类大脑皮层神经元,为中枢性疾病的机制研究和药物筛选提供了可靠的人多能干细胞来源的神经元培养体系。