Peneliti Cetak 3D Jaringan Otak Manusia Fungsional

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

02 Februari 2024 (Berita Nanowerk) Sebuah tim ilmuwan Universitas Wisconsin–Madison telah mengembangkan jaringan otak cetak 3D pertama yang dapat tumbuh dan berfungsi seperti jaringan otak pada umumnya. Ini merupakan pencapaian yang memiliki implikasi penting bagi para ilmuwan yang mempelajari otak dan mengerjakan pengobatan untuk berbagai gangguan neurologis dan perkembangan saraf, seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson. “Ini bisa menjadi model yang sangat kuat untuk membantu kita memahami bagaimana sel-sel otak dan bagian-bagian otak berkomunikasi pada manusia,” kata Su-Chun Zhang, profesor ilmu saraf dan neurologi di Waisman Center UW–Madison. “Hal ini dapat mengubah cara kita memandang biologi sel induk, ilmu saraf, dan patogenesis banyak gangguan neurologis dan kejiwaan.” Metode pencetakan telah membatasi keberhasilan upaya sebelumnya untuk mencetak jaringan otak, menurut Zhang dan Yuanwei Yan, seorang ilmuwan di laboratorium Zhang. Kelompok di balik proses pencetakan 3D baru menjelaskan metode mereka di jurnal Cell Stem Cell (“Pencetakan bio 3D jaringan saraf manusia dengan konektivitas fungsional”). Alih-alih menggunakan pendekatan pencetakan 3D tradisional, yang menumpuk lapisan secara vertikal, para peneliti menggunakan pendekatan horizontal. Mereka menempatkan sel-sel otak, neuron yang tumbuh dari sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi, dalam gel “bio-tinta” yang lebih lembut dibandingkan upaya sebelumnya. “Jaringan tersebut masih memiliki struktur yang cukup untuk disatukan tetapi cukup lunak untuk memungkinkan neuron tumbuh satu sama lain dan mulai berbicara satu sama lain,” kata Zhang. Sel-sel tersebut diletakkan bersebelahan seperti pensil yang diletakkan bersebelahan di atas meja. “Jaringan kita tetap relatif tipis dan ini memudahkan neuron mendapatkan cukup oksigen dan nutrisi dari media pertumbuhan,” kata Yan. Hasilnya berbicara sendiri – artinya, sel-sel dapat berkomunikasi satu sama lain. Sel-sel yang dicetak menjangkau media untuk membentuk koneksi di dalam setiap lapisan yang dicetak serta di seluruh lapisan, membentuk jaringan yang sebanding dengan otak manusia. Neuron berkomunikasi, mengirim sinyal, berinteraksi satu sama lain melalui neurotransmitter, dan bahkan membentuk jaringan yang tepat dengan sel pendukung yang ditambahkan ke jaringan cetakan. “Kami mencetak korteks serebral dan striatum dan apa yang kami temukan cukup mengejutkan,” kata Zhang. “Bahkan ketika kami mencetak sel-sel berbeda dari bagian otak yang berbeda, mereka masih dapat berkomunikasi satu sama lain dengan cara yang sangat istimewa dan spesifik.” Teknik pencetakan ini menawarkan presisi – kontrol atas jenis dan susunan sel – yang tidak ditemukan pada organoid otak, organ mini yang digunakan untuk mempelajari otak. Organoid tumbuh dengan lebih sedikit organisasi dan kontrol. “Laboratorium kami sangat istimewa karena kami dapat memproduksi hampir semua jenis neuron kapan saja. Lalu kami dapat menyatukannya kapan saja dan dengan cara apa pun yang kami suka,” kata Zhang. “Karena kita dapat mencetak jaringan berdasarkan desainnya, kita dapat memiliki sistem tertentu untuk melihat bagaimana jaringan otak manusia kita beroperasi. Kami dapat melihat secara spesifik bagaimana sel-sel saraf berkomunikasi satu sama lain dalam kondisi tertentu karena kami dapat mencetak apa yang kami inginkan.” Kekhususan itu memberikan fleksibilitas. Jaringan otak yang dicetak dapat digunakan untuk mempelajari sinyal antar sel pada sindrom Down, interaksi antara jaringan sehat dan jaringan di sekitarnya yang terkena Alzheimer, menguji kandidat obat baru, atau bahkan mengamati pertumbuhan otak. “Dulu, kita sering melihat satu hal pada satu waktu, yang berarti kita sering melewatkan beberapa komponen penting. Otak kita beroperasi dalam jaringan. Kami ingin mencetak jaringan otak dengan cara ini karena sel tidak bekerja sendiri. Mereka berbicara satu sama lain. Beginilah cara otak kita bekerja dan harus dipelajari bersama-sama seperti ini untuk benar-benar memahaminya,” kata Zhang. “Jaringan otak kita dapat digunakan untuk mempelajari hampir setiap aspek utama dari apa yang sedang dikerjakan oleh banyak orang di Waisman Center. Hal ini dapat digunakan untuk melihat mekanisme molekuler yang mendasari perkembangan otak, perkembangan manusia, cacat perkembangan, gangguan neurodegeneratif, dan banyak lagi.” Teknik pencetakan baru juga harus dapat diakses oleh banyak laboratorium. Hal ini tidak memerlukan peralatan bio-printing khusus atau metode kultur untuk menjaga jaringan tetap sehat, dan dapat dipelajari secara mendalam dengan mikroskop, teknik pencitraan standar, dan elektroda yang sudah umum di lapangan. Namun, para peneliti ingin mengeksplorasi potensi spesialisasi, dengan lebih meningkatkan bio-tinta mereka dan menyempurnakan peralatan mereka untuk memungkinkan orientasi sel tertentu dalam jaringan cetakan mereka. “Saat ini, printer kami masih dalam tahap komersial,” kata Yan.