По данным Университета Висконсин-Мэдисон, группа ученых разработала первую напечатанную на 3D-принтере ткань мозга, которая может расти и функционировать как типичная ткань мозга. Это значительное достижение, имеющее важные последствия для ученых, изучающих мозг и работающих над лечением широкого спектра заболеваний. неврологических расстройств и нарушений развития нервной системы, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.
«Это может стать чрезвычайно мощной моделью, которая поможет нам понять, как клетки и части мозга взаимодействуют у людей», — сказал Су-Чун Чжан, профессор нейробиологии и неврологии в Центре Вайсмана Университета Висконсина в Мэдисоне. «Это может изменить наш взгляд на биологию стволовых клеток, нейробиологию и патогенез многих неврологических и психиатрических расстройств».
По словам Чжана и Юаньвэй Янь, ученых из лаборатории Чжана, предыдущие методы печати ограничивали успех предыдущих попыток напечатать ткань мозга. Группа, разработавшая новый процесс 3D-печати, при котором клетки головного мозга и нейроны, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, помещались в мягкий гель биочернил, описала свой метод в журнале Cell Stem Cell.
«Ткань все еще имеет достаточную структуру, чтобы удерживаться вместе, но она достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам врастать друг в друга и начать разговаривать друг с другом», — сказал Чжан. Клетки располагаются рядом друг с другом, как карандаши, лежащие рядом на столе. «Наши ткани остаются относительно тонкими, и это позволяет нейронам легко получать достаточно кислорода и питательных веществ из питательной среды», — сказал Ян.
Напечатанные клетки проникают через среду, образуя соединения внутри каждого напечатанного слоя, а также между слоями, образуя сети, сравнимые с человеческим мозгом — по сути, клетки разговаривают друг с другом. Нейроны общаются, посылают сигналы, взаимодействуют друг с другом через нейротрансмиттеры и даже образуют правильные сети с опорными клетками, добавленными к напечатанной ткани.
«Мы напечатали кору головного мозга и полосатое тело, и то, что мы обнаружили, было весьма поразительным», — сказал Чжан. «Даже когда мы напечатали разные клетки, принадлежащие разным частям мозга, они все равно могли разговаривать друг с другом совершенно особенным и специфическим образом».
Су-Чун Чжан. Фото Энди Маниса.
Техника печати обеспечивает точность – контроль над типами и расположением клеток – чего нет в органоидах мозга (миниатюрных органах, используемых для изучения мозга). Органоиды растут с меньшей организованностью и контролем.
«Наша лаборатория уникальна тем, что мы можем производить практически любой тип нейронов в любое время. Тогда мы сможем собрать их вместе практически в любое время и любым способом», — сказал Чжан. «Поскольку мы можем напечатать ткань по дизайну, у нас может быть определенная система, позволяющая посмотреть, как работает сеть нашего человеческого мозга. Мы можем очень детально изучить, как нервные клетки общаются друг с другом в определенных условиях, потому что мы можем напечатать именно то, что хотим».
Эта специфичность обеспечивает гибкость, позволяя использовать 3D-печатную ткань мозга для изучения передачи сигналов между клетками при синдроме Дауна, взаимодействия между здоровой тканью и соседними тканями, пораженными болезнью Альцгеймера, тестирования новых кандидатов на лекарства или даже наблюдения за ростом мозга.
«Раньше мы часто рассматривали что-то одно, а это означает, что мы часто упускали из виду некоторые важные компоненты. Наш мозг работает в сетях. Мы хотим напечатать ткань мозга таким образом, потому что клетки не действуют сами по себе. Они разговаривают друг с другом. Так работает наш мозг, и его нужно изучать все вместе, чтобы по-настоящему понять это», — сказал Чжан. «Нашу мозговую ткань можно использовать для изучения почти всех основных аспектов того, над чем работают многие люди в Центре Вайсмана. Его можно использовать для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе развития мозга, развития человека, нарушений развития, нейродегенеративных расстройств и многого другого».
Новая техника печати также сравнительно доступна, поскольку она не требует специального оборудования для биопечати или методов культивирования для поддержания здоровья тканей и может быть углубленно изучена с помощью микроскопов, стандартных методов визуализации и электродов, уже распространенных в этой области.
Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон хотели бы изучить потенциал специализации – дальнейшего улучшения своих биочернил и усовершенствования своего оборудования, чтобы обеспечить специфическую ориентацию клеток в напечатанной ткани. «На данный момент наш принтер представляет собой настольный коммерческий принтер», — сказал Ян. «Мы можем внести некоторые специализированные улучшения, которые помогут нам печатать определенные типы мозговой ткани по требованию».
Это исследование было частично поддержано NIH-NINDS (NS096282, NS076352, NS086604), NICHD (HD106197, HD090256), Национальным советом медицинских исследований Сингапура (MOH-000212, MOH-000207), Министерством образования Сингапура (MOE2018- T2-2-103), «Согласование науки в борьбе с болезнью Паркинсона» (ASAP-000301), Фонд семьи Блезер и Фонд Баста.
2024-02-03 17:32:34
1706997422
#Исследователи #напечатали #функциональную #ткань #человеческого #мозга #на #3Dпринтере