I ricercatori stampano in 3D il tessuto cerebrale umano funzionale

I ricercatori stampano in 3D il tessuto cerebrale umano funzionale

Timestamp: 2 febbraio 2024 8:37
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02 febbraio 2024 (Notizie Nanowerk) Un team di scienziati dell'Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato il primo tessuto cerebrale stampato in 3D che può crescere e funzionare come un tipico tessuto cerebrale. È un risultato con importanti implicazioni per gli scienziati che studiano il cervello e lavorano su trattamenti per un'ampia gamma di disturbi neurologici e dello sviluppo neurologico, come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson. "Questo potrebbe essere un modello estremamente potente per aiutarci a capire come le cellule cerebrali e le parti del cervello comunicano negli esseri umani", afferma Su-Chun Zhang, professore di neuroscienze e neurologia presso il Waisman Center della UW-Madison. “Potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo alla biologia delle cellule staminali, alle neuroscienze e alla patogenesi di molti disturbi neurologici e psichiatrici”. Secondo Zhang e Yuanwei Yan, uno scienziato del laboratorio di Zhang, i metodi di stampa hanno limitato il successo dei precedenti tentativi di stampare il tessuto cerebrale. Il gruppo dietro il nuovo processo di stampa 3D ha descritto il proprio metodo nella rivista Cell Stem Cell (“Bioprinting 3D di tessuti neurali umani con connettività funzionale”). Invece di utilizzare il tradizionale approccio di stampa 3D, impilando gli strati verticalmente, i ricercatori sono andati orizzontalmente. Hanno situato le cellule cerebrali, neuroni cresciuti da cellule staminali pluripotenti indotte, in un gel “bio-inchiostro” più morbido rispetto a quello utilizzato dai tentativi precedenti. "Il tessuto ha ancora abbastanza struttura per restare insieme, ma è abbastanza morbido da consentire ai neuroni di crescere l'uno nell'altro e iniziare a parlare tra loro", dice Zhang. Le celle sono disposte una accanto all'altra come matite appoggiate una accanto all'altra su un tavolo. "Il nostro tessuto rimane relativamente sottile e questo rende facile per i neuroni ottenere abbastanza ossigeno e abbastanza nutrienti dai mezzi di crescita", dice Yan. I risultati parlano da soli: vale a dire che le cellule possono parlare tra loro. Le cellule stampate attraversano il mezzo per formare connessioni all'interno di ogni strato stampato e tra gli strati, formando reti paragonabili al cervello umano. I neuroni comunicano, inviano segnali, interagiscono tra loro attraverso neurotrasmettitori e formano anche vere e proprie reti con cellule di supporto aggiunte al tessuto stampato. "Abbiamo stampato la corteccia cerebrale e lo striato e quello che abbiamo trovato è stato piuttosto sorprendente", dice Zhang. "Anche quando abbiamo stampato cellule diverse appartenenti a diverse parti del cervello, erano ancora in grado di parlare tra loro in un modo molto speciale e specifico." La tecnica di stampa offre precisione – controllo sui tipi e sulla disposizione delle cellule – non riscontrabile negli organoidi cerebrali, organi in miniatura utilizzati per studiare il cervello. Gli organoidi crescono con meno organizzazione e controllo. “Il nostro laboratorio è molto speciale in quanto siamo in grado di produrre praticamente qualsiasi tipo di neurone in qualsiasi momento. Quindi possiamo metterli insieme quasi in qualsiasi momento e nel modo che preferiamo", afferma Zhang. “Poiché possiamo stampare il tessuto in base alla progettazione, possiamo avere un sistema definito per osservare come funziona la nostra rete cerebrale umana. Possiamo osservare in modo molto specifico il modo in cui le cellule nervose comunicano tra loro in determinate condizioni perché possiamo stampare esattamente ciò che vogliamo”. Questa specificità fornisce flessibilità. Il tessuto cerebrale stampato potrebbe essere utilizzato per studiare la segnalazione tra le cellule della sindrome di Down, le interazioni tra il tessuto sano e il tessuto vicino affetto dall'Alzheimer, per testare nuovi farmaci candidati o persino per osservare la crescita del cervello. “In passato, abbiamo spesso considerato una cosa alla volta, il che significa che spesso tralasciamo alcuni componenti critici. Il nostro cervello opera in reti. Vogliamo stampare il tessuto cerebrale in questo modo perché le cellule non funzionano da sole. Parlano tra loro. È così che funziona il nostro cervello e deve essere studiato tutti insieme per capirlo veramente”, dice Zhang. “Il nostro tessuto cerebrale potrebbe essere utilizzato per studiare quasi tutti gli aspetti principali di ciò su cui stanno lavorando molte persone al Waisman Center. Può essere utilizzato per esaminare i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo cerebrale, dello sviluppo umano, delle disabilità dello sviluppo, dei disturbi neurodegenerativi e altro ancora”. La nuova tecnica di stampa dovrebbe essere accessibile anche a molti laboratori. Non richiede speciali apparecchiature di biostampa o metodi di coltura per mantenere il tessuto sano e può essere studiato in profondità con microscopi, tecniche di imaging standard ed elettrodi già comuni nel settore. I ricercatori vorrebbero esplorare il potenziale della specializzazione, migliorando ulteriormente il loro bioinchiostro e perfezionando le loro attrezzature per consentire orientamenti specifici delle cellule all’interno del tessuto stampato. "Al momento, la nostra stampante è commercializzata da banco", afferma Yan.

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