02 年 2024 月 XNUMX 日 (
Nanowerkニュース) ウィスコンシン大学マディソン校の科学者チームは、典型的な脳組織と同様に成長し機能することができる初の 3D プリント脳組織を開発しました。これは、脳を研究し、アルツハイマー病やパーキンソン病などの幅広い神経障害や神経発達障害の治療に取り組んでいる科学者にとって、重要な意味を持つ成果だ。 「これは、人間の脳細胞と脳の一部がどのようにコミュニケーションするかを理解するのに役立つ非常に強力なモデルになる可能性があります」と、ウィスマン大学マディソン校の神経科学および神経学教授、スーチュン・チャン氏は言う。 「それは幹細胞生物学、神経科学、そして多くの神経疾患や精神疾患の病因に対する私たちの見方を変える可能性があります。」張氏と張氏の研究室の科学者、ヤン・ユアンウェイ氏によると、脳組織を印刷するこれまでの試みは、印刷方法によって成功が限られていたという。新しい 3D プリンティングプロセスの背後にあるグループがジャーナルでその方法を説明しました
細胞幹細胞 (
「機能的接続を備えたヒト神経組織の 3D バイオプリンティング」).
研究者らは、層を垂直に積み重ねる従来の 3D プリンティング アプローチを使用する代わりに、水平方向に取り組みました。 彼らは、脳細胞、つまり人工多能性幹細胞から成長したニューロンを、これまでの試みが採用していたものよりも柔らかい「バイオインク」ゲル内に配置した。
「この組織はまだ結合するのに十分な構造を持っていますが、ニューロンが互いに成長し、相互に会話を始めることができるほど十分に柔らかいです」とチャン氏は言います。
セルは、机の上に鉛筆を並べて置くように、並べて配置されます。
「私たちの組織は比較的薄いままなので、ニューロンが成長培地から十分な酸素と十分な栄養素を容易に得ることができます」とヤン氏は言います。
結果はそれ自体を物語っています。つまり、細胞は互いに対話することができます。 印刷された細胞は媒体を通って到達し、各印刷層内および層間で接続を形成し、人間の脳に匹敵するネットワークを形成します。 ニューロンは通信し、信号を送り、神経伝達物質を介して相互作用し、さらには印刷された組織に追加された支持細胞と適切なネットワークを形成します。
「大脳皮質と線条体をプリントしたところ、非常に衝撃的なことが分かりました」とチャン氏は言う。 「脳のさまざまな部分に属するさまざまな細胞をプリントしたときでも、それらは非常に特殊かつ具体的な方法で相互に会話することができました。」印刷技術は、脳の研究に使用される小型器官である脳オルガノイドには見られない精度、つまり細胞の種類と配置の制御を提供します。 オルガノイドは、組織化と制御が少なくても成長します。
「私たちの研究室は、ほぼあらゆる種類のニューロンをいつでも生成できるという点で非常に特殊です。 そうすれば、ほぼいつでも、好きな方法でそれらをつなぎ合わせることができます」と Zhang 氏は言います。 「設計どおりに組織を印刷できるため、人間の脳のネットワークがどのように機能するかを調べるための定義されたシステムを持つことができます。 望むものを正確に印刷できるため、特定の条件下で神経細胞がどのように相互に通信するかを非常に具体的に調べることができます。」この特異性により柔軟性がもたらされます。 印刷された脳組織は、ダウン症候群の細胞間のシグナル伝達、健康な組織とアルツハイマー病に罹患した隣接組織との間の相互作用の研究、新薬候補の試験、さらには脳の成長の観察にも使用できる可能性がある。
「これまで、私たちは一度に 1 つのことを確認することが多かったので、重要なコンポーネントを見逃すことがよくありました。 私たちの脳はネットワーク内で動作します。 細胞はそれ自体では機能しないため、この方法で脳組織をプリントしたいと考えています。 彼らはお互いに話します。 これが私たちの脳の仕組みであり、それを本当に理解するには、このようにまとめて研究する必要があります」とチャン氏は言う。 「私たちの脳組織は、ワイズマンセンターの多くの人々が取り組んでいることのほぼすべての主要な側面を研究するために使用できる可能性があります。 これは、脳の発達、人間の発達、発達障害、神経変性障害などの根底にある分子メカニズムを調べるために使用できます。」新しい印刷技術は多くの研究室でも利用できるはずです。 組織を健康に保つための特別なバイオプリンティング装置や培養方法は必要なく、顕微鏡、標準的なイメージング技術、およびこの分野ですでに一般的である電極を使用して詳細に研究できます。
ただし、研究者らは、バイオインクをさらに改良し、印刷された組織内の細胞を特定の方向に向けることができるように機器を改良することで、特殊化の可能性を探求したいと考えている。
「現時点では、当社のプリンタはベンチトップ型の商品化されたものです」とヤン氏は言います。
