Forskere 3D-printer funksjonelt menneskelig hjernevev

Forskere 3D-printer funksjonelt menneskelig hjernevev

Tidsstempel: 2. februar 2024 8:37
Kilde node: 3093799
02. februar 2024 (Nanowerk Nyheter) Et team av forskere fra University of Wisconsin–Madison har utviklet det første 3D-printede hjernevevet som kan vokse og fungere som typisk hjernevev. Det er en prestasjon med viktige implikasjoner for forskere som studerer hjernen og jobber med behandlinger for et bredt spekter av nevrologiske og nevroutviklingsforstyrrelser, som Alzheimers og Parkinsons sykdom. "Dette kan være en enormt kraftig modell for å hjelpe oss å forstå hvordan hjerneceller og deler av hjernen kommuniserer i mennesker," sier Su-Chun Zhang, professor i nevrovitenskap og nevrologi ved UW–Madisons Waisman Center. "Det kan endre måten vi ser på stamcellebiologi, nevrovitenskap og patogenesen til mange nevrologiske og psykiatriske lidelser." Utskriftsmetoder har begrenset suksessen til tidligere forsøk på å skrive ut hjernevev, ifølge Zhang og Yuanwei Yan, en forsker ved Zhangs laboratorium. Gruppen bak den nye 3D-printingsprosessen beskrev metoden sin i journalen Cellstamcelle ("3D bioprinting av menneskelig nevrale vev med funksjonell tilkobling"). I stedet for å bruke den tradisjonelle 3D-utskriftstilnærmingen, stable lag vertikalt, gikk forskerne horisontalt. De plasserte hjerneceller, nevroner dyrket fra induserte pluripotente stamceller, i en mykere "bio-blekk" gel enn tidligere forsøk hadde brukt. "Vevet har fortsatt nok struktur til å holde sammen, men det er mykt nok til å la nevronene vokse inn i hverandre og begynne å snakke med hverandre," sier Zhang. Cellene legges ved siden av hverandre som blyanter lagt ved siden av hverandre på en bordplate. "Vevet vårt forblir relativt tynt, og dette gjør det enkelt for nevronene å få nok oksygen og nok næringsstoffer fra vekstmediene," sier Yan. Resultatene taler for seg selv - det vil si at cellene kan snakke med hverandre. De trykte cellene når gjennom mediet for å danne forbindelser inne i hvert trykt lag så vel som på tvers av lag, og danner nettverk som kan sammenlignes med menneskelige hjerner. Nevronene kommuniserer, sender signaler, samhandler med hverandre gjennom nevrotransmittere, og danner til og med riktige nettverk med støtteceller som ble lagt til det trykte vevet. "Vi skrev ut hjernebarken og striatum, og det vi fant var ganske slående," sier Zhang. "Selv når vi skrev ut forskjellige celler som tilhører forskjellige deler av hjernen, var de fortsatt i stand til å snakke med hverandre på en veldig spesiell og spesifikk måte." Utskriftsteknikken gir presisjon - kontroll over typene og arrangementet av celler - som ikke finnes i hjerneorganoider, miniatyrorganer som brukes til å studere hjerner. Organoidene vokser med mindre organisering og kontroll. "Laboratoriet vårt er veldig spesielt ved at vi er i stand til å produsere stort sett alle typer nevroner til enhver tid. Da kan vi sette dem sammen nesten når som helst og på hvilken måte vi vil, sier Zhang. "Fordi vi kan skrive ut vevet ved design, kan vi ha et definert system for å se på hvordan vårt menneskelige hjernenettverk fungerer. Vi kan se veldig spesifikt på hvordan nervecellene snakker med hverandre under visse forhold fordi vi kan skrive ut akkurat det vi vil.» Den spesifisiteten gir fleksibilitet. Det trykte hjernevevet kan brukes til å studere signalering mellom celler i Downs syndrom, interaksjoner mellom sunt vev og nabovev påvirket av Alzheimers, teste nye medikamentkandidater, eller til og med se hjernen vokse. «Tidligere har vi ofte sett på én ting om gangen, noe som betyr at vi ofte savner noen kritiske komponenter. Hjernen vår opererer i nettverk. Vi ønsker å skrive ut hjernevev på denne måten fordi celler ikke opererer av seg selv. De snakker med hverandre. Dette er hvordan hjernen vår fungerer, og den må studeres sammen på denne måten for å virkelig forstå den, sier Zhang. "Hjernevevet vårt kan brukes til å studere nesten alle viktige aspekter av det mange mennesker ved Waisman Center jobber med. Den kan brukes til å se på de molekylære mekanismene som ligger til grunn for hjerneutvikling, menneskelig utvikling, utviklingshemminger, nevrodegenerative lidelser og mer." Den nye trykketeknikken skal også være tilgjengelig for mange laboratorier. Det krever ikke spesielt bioprintingsutstyr eller dyrkingsmetoder for å holde vevet sunt, og kan studeres i dybden med mikroskoper, standard avbildningsteknikker og elektroder som allerede er vanlige i feltet. Forskerne ønsker imidlertid å utforske potensialet til spesialisering, ytterligere forbedre bio-blekk og raffinere utstyret for å tillate spesifikke orienteringer av celler i deres trykte vev. "Akkurat nå er skriveren vår en kommersialisert en," sier Yan.

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk