Naukowcy drukują w 3D funkcjonalną tkankę mózgową człowieka

Naukowcy drukują w 3D funkcjonalną tkankę mózgową człowieka

Znacznik czasu: 2 lutego 2024 r. 8:37
Węzeł źródłowy: 3093799
02 lutego 2024 (Wiadomości Nanowerk) Zespół naukowców z Uniwersytetu Wisconsin–Madison opracował pierwszą wydrukowaną w 3D tkankę mózgową, która może rosnąć i funkcjonować jak typowa tkanka mózgowa. To osiągnięcie o ważnych implikacjach dla naukowców badających mózg i pracujących nad metodami leczenia szerokiego zakresu zaburzeń neurologicznych i neurorozwojowych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona. „Może to być niezwykle potężny model, który pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób komórki mózgowe i części mózgu komunikują się u ludzi” – mówi Su-Chun Zhang, profesor neurologii i neurologii w Waisman Center na UW-Madison. „Może zmienić sposób, w jaki patrzymy na biologię komórek macierzystych, neuronaukę i patogenezę wielu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych”. Według Zhanga i Yuanwei Yan, naukowców z laboratorium Zhanga, metody drukowania ograniczyły powodzenie poprzednich prób drukowania tkanki mózgowej. Grupa odpowiedzialna za nowy proces drukowania 3D opisała swoją metodę w czasopiśmie Komórka macierzysta komórki („Biodruk 3D ludzkich tkanek nerwowych z funkcjonalną łącznością”). Zamiast tradycyjnego podejścia do druku 3D, polegającego na układaniu warstw w pionie, badacze poszli poziomo. Umieścili komórki mózgowe, neurony wyhodowane z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, w bardziej miękkim żelu „bio-atramentu” niż w przypadku poprzednich prób. „Tkanka nadal ma wystarczającą strukturę, aby się trzymać, ale jest wystarczająco miękka, aby neurony mogły się zrosnąć i zacząć ze sobą rozmawiać” – mówi Zhang. Komórki układa się obok siebie jak ołówki na blacie stołu. „Nasza tkanka pozostaje stosunkowo cienka, co ułatwia neuronom uzyskanie wystarczającej ilości tlenu i składników odżywczych z pożywki wzrostowej” – mówi Yan. Wyniki mówią same za siebie — co oznacza, że ​​komórki mogą ze sobą rozmawiać. Wydrukowane komórki docierają przez medium, tworząc połączenia wewnątrz każdej drukowanej warstwy, a także pomiędzy warstwami, tworząc sieci porównywalne do ludzkich mózgów. Neurony komunikują się, wysyłają sygnały, oddziałują ze sobą za pośrednictwem neuroprzekaźników, a nawet tworzą odpowiednie sieci z komórkami podporowymi dodanymi do drukowanej tkanki. „Wydrukowaliśmy korę mózgową i prążkowie i to, co znaleźliśmy, było dość uderzające” – mówi Zhang. „Nawet gdy wydrukowaliśmy różne komórki należące do różnych części mózgu, nadal były one w stanie rozmawiać ze sobą w bardzo szczególny i specyficzny sposób”. Technika drukowania zapewnia precyzję – kontrolę nad rodzajem i rozmieszczeniem komórek – niespotykaną w organoidach mózgowych, miniaturowych narządach używanych do badania mózgu. Organoidy rosną przy mniejszej organizacji i kontroli. „Nasze laboratorium jest wyjątkowe, ponieważ jesteśmy w stanie wyprodukować praktycznie każdy typ neuronów w dowolnym momencie. Wtedy możemy je złożyć w niemal dowolnym momencie i w dowolny sposób” – mówi Zhang. „Ponieważ możemy wydrukować tkankę zgodnie z projektem, możemy mieć zdefiniowany system sprawdzający, jak działa sieć ludzkiego mózgu. Możemy bardzo dokładnie przyjrzeć się temu, jak komórki nerwowe rozmawiają ze sobą w określonych warunkach, ponieważ możemy wydrukować dokładnie to, czego chcemy”. Ta specyfika zapewnia elastyczność. Wydrukowaną tkankę mózgową można wykorzystać do badania sygnalizacji między komórkami w zespole Downa, interakcji między zdrową tkanką a sąsiadującą tkanką dotkniętą chorobą Alzheimera, testowania nowych kandydatów na leki, a nawet obserwowania wzrostu mózgu. „W przeszłości często przyglądaliśmy się jednej rzeczy na raz, co oznacza, że ​​często pomijaliśmy niektóre krytyczne elementy. Nasz mózg działa w sieciach. Chcemy w ten sposób wydrukować tkankę mózgową, ponieważ komórki nie działają samodzielnie. Rozmawiają ze sobą. Tak działa nasz mózg i należy go wszystkie razem zbadać, aby naprawdę go zrozumieć” – mówi Zhang. „Naszą tkankę mózgową można wykorzystać do badania niemal każdego najważniejszego aspektu pracy wielu osób w Waisman Center. Można go wykorzystać do przyjrzenia się mechanizmom molekularnym leżącym u podstaw rozwoju mózgu, rozwoju człowieka, niepełnosprawności rozwojowej, zaburzeń neurodegeneracyjnych i nie tylko”. Nowa technika druku powinna być dostępna także dla wielu laboratoriów. Nie wymaga specjalnego sprzętu do biodruku ani metod hodowli, aby utrzymać zdrową tkankę i można go dogłębnie badać za pomocą mikroskopów, standardowych technik obrazowania i elektrod już powszechnych w tej dziedzinie. Naukowcy chcieliby jednak zbadać potencjał specjalizacji, udoskonalając swój biotusz i udoskonalając sprzęt, aby umożliwić określoną orientację komórek w drukowanej tkance. „W tej chwili nasza drukarka jest komercyjną drukarką stołową” – mówi Yan.

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk