רקמת מוח אנושית פונקציונלית בהדפס תלת מימד של חוקרים

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

02 בפברואר 2024 (חדשות Nanowerk) צוות של מדענים מאוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון פיתח את רקמת המוח הראשונה המודפסת בתלת-ממד שיכולה לגדול ולתפקד כמו רקמת מוח טיפוסית. זהו הישג בעל השלכות חשובות עבור מדענים החוקרים את המוח ועובדים על טיפולים למגוון רחב של הפרעות נוירולוגיות ונוירו-התפתחותיות, כגון אלצהיימר ופרקינסון. "זה יכול להיות מודל רב עוצמה שיעזור לנו להבין כיצד תאי מוח וחלקים במוח מתקשרים בבני אדם", אומר סו-צ'ון ז'אנג, פרופסור למדעי המוח ונוירולוגיה במרכז וייסמן של UW–Madison. "זה יכול לשנות את הדרך בה אנו מסתכלים על ביולוגיה של תאי גזע, מדעי המוח והפתוגנזה של הפרעות נוירולוגיות ופסיכיאטריות רבות." שיטות ההדפסה הגבילו את הצלחתם של ניסיונות קודמים להדפיס רקמת מוח, לדברי ג'אנג ויואנווי יאן, מדען במעבדה של ג'אנג. הקבוצה שמאחורי תהליך ההדפסה התלת-ממדית החדש תיארה את השיטה שלה בכתב העת תא גזע תא ("הדפסה ביולוגית תלת מימדית של רקמות עצביות אנושיות עם קישוריות פונקציונלית"). במקום להשתמש בגישה המסורתית של הדפסת תלת מימד, ערימת שכבות אנכית, החוקרים הלכו אופקית. הם מיקמו תאי מוח, נוירונים שגדלו מתאי גזע פלוריפוטנטיים המושרים, בג'ל "ביו-דיו" רך יותר מכפי שהשתמשו בניסיונות קודמים. "לרקמה עדיין יש מספיק מבנה כדי להחזיק יחד אבל היא רכה מספיק כדי לאפשר לנוירונים לצמוח זה לתוך זה ולהתחיל לדבר אחד עם השני", אומר ג'אנג. התאים מונחים זה ליד זה כמו עפרונות המונחים זה ליד זה על משטח שולחן. "הרקמה שלנו נשארת דקה יחסית וזה מקל על הנוירונים לקבל מספיק חמצן ומספיק חומרים מזינים מאמצעי הגידול", אומר יאן. התוצאות מדברות בעד עצמן - כלומר, התאים יכולים לדבר אחד עם השני. התאים המודפסים מגיעים דרך המדיום כדי ליצור חיבורים בתוך כל שכבה מודפסת כמו גם על פני שכבות, ויוצרים רשתות דומות למוח האנושי. הנוירונים מתקשרים, שולחים אותות, מקיימים אינטראקציה זה עם זה באמצעות נוירוטרנסמיטורים, ואפילו יוצרים רשתות מתאימות עם תאי תמיכה שנוספו לרקמה המודפסת. "הדפסנו את קליפת המוח ואת הסטריאטום ומה שמצאנו היה די בולט", אומר ג'אנג. "גם כשהדפיסנו תאים שונים השייכים לחלקים שונים במוח, הם עדיין היו מסוגלים לדבר אחד עם השני בצורה מאוד מיוחדת וספציפית". טכניקת ההדפסה מציעה דיוק - שליטה על סוגי וסידור התאים - שאינה מצויה באורגנואידים במוח, איברים זעירים המשמשים לחקר מוחות. האורגנואידים גדלים עם פחות ארגון ושליטה. "המעבדה שלנו מאוד מיוחדת בכך שאנו מסוגלים לייצר כמעט כל סוג של נוירונים בכל עת. אז נוכל לחבר אותם כמעט בכל זמן ובכל דרך שנרצה", אומר ג'אנג. "מכיוון שאנחנו יכולים להדפיס את הרקמה לפי תכנון, יש לנו מערכת מוגדרת לבחון איך רשת המוח האנושי שלנו פועלת. אנחנו יכולים להסתכל בצורה מאוד ספציפית איך תאי העצב מדברים זה עם זה בתנאים מסוימים, כי אנחנו יכולים להדפיס בדיוק מה שאנחנו רוצים". הספציפיות הזו מספקת גמישות. ניתן להשתמש ברקמת המוח המודפסת לחקר איתות בין תאים בתסמונת דאון, אינטראקציות בין רקמה בריאה לרקמה שכנה המושפעת מאלצהיימר, בדיקת מועמדים לתרופות חדשות, או אפילו צפייה במוח גדל. "בעבר, לעתים קרובות הסתכלנו על דבר אחד בכל פעם, מה שאומר שלעתים קרובות אנו מפספסים כמה מרכיבים קריטיים. המוח שלנו פועל ברשתות. אנחנו רוצים להדפיס רקמת מוח בדרך זו מכיוון שתאים אינם פועלים מעצמם. הם מדברים אחד עם השני. כך פועל המוח שלנו ויש לחקור אותו יחד כך כדי להבין אותו באמת", אומר ג'אנג. "רקמת המוח שלנו יכולה לשמש כדי ללמוד כמעט כל היבט מרכזי של מה שאנשים רבים במרכז וייסמן עובדים עליו. ניתן להשתמש בו כדי להסתכל על המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס התפתחות המוח, התפתחות האדם, מוגבלויות התפתחותיות, הפרעות ניווניות עצביות ועוד". טכניקת ההדפסה החדשה אמורה להיות נגישה גם למעבדות רבות. היא אינה דורשת ציוד מיוחד להדפסה ביולוגית או שיטות תרבית כדי לשמור על בריאות הרקמה, וניתן לחקור אותה לעומק באמצעות מיקרוסקופים, טכניקות הדמיה סטנדרטיות ואלקטרודות שכבר נפוצות בתחום. החוקרים היו רוצים לחקור את פוטנציאל ההתמחות, אם כי, לשפר עוד יותר את הדיו הביולוגי שלהם ולשפר את הציוד שלהם כדי לאפשר כיוונים ספציפיים של תאים בתוך הרקמה המודפסת שלהם. "כרגע, המדפסת שלנו היא מדפסת ממוסחרת", אומר יאן.