Cercetătorii imprimă 3D țesut funcțional al creierului uman

Cercetătorii imprimă 3D țesut funcțional al creierului uman

Marca temporală: 2 februarie 2024 8:37
Nodul sursă: 3093799
02 februarie 2024 (Știri Nanowerk) O echipă de oameni de știință de la Universitatea din Wisconsin-Madison a dezvoltat primul țesut cerebral imprimat 3D care poate crește și funcționa ca țesutul cerebral tipic. Este o realizare cu implicații importante pentru oamenii de știință care studiază creierul și lucrează la tratamente pentru o gamă largă de tulburări neurologice și de neurodezvoltare, cum ar fi boala Alzheimer și boala Parkinson. „Acesta ar putea fi un model extrem de puternic care să ne ajute să înțelegem modul în care celulele creierului și părți ale creierului comunică la oameni”, spune Su-Chun Zhang, profesor de neuroștiință și neurologie la Centrul Waisman din UW-Madison. „Ar putea schimba modul în care privim biologia celulelor stem, neuroștiința și patogeneza multor tulburări neurologice și psihiatrice.” Metodele de imprimare au limitat succesul încercărilor anterioare de a imprima țesutul cerebral, potrivit lui Zhang și Yuanwei Yan, un om de știință din laboratorul lui Zhang. Grupul din spatele noului proces de imprimare 3D și-a descris metoda în jurnal Cell Stem Cell („Bioprintare 3D a țesuturilor neuronale umane cu conectivitate funcțională”). În loc să folosească abordarea tradițională de imprimare 3D, stivuirea straturilor pe verticală, cercetătorii au mers pe orizontală. Ei au situat celulele creierului, neuroni crescuți din celule stem pluripotente induse, într-un gel de „bio-cerneală” mai moale decât au folosit încercările anterioare. „Țesutul are încă suficientă structură pentru a se menține împreună, dar este suficient de moale pentru a permite neuronilor să crească unul în celălalt și să înceapă să vorbească unul cu celălalt”, spune Zhang. Celulele sunt așezate una lângă alta ca niște creioane așezate unul lângă celălalt pe o masă. „Țesutul nostru rămâne relativ subțire și acest lucru face ca neuronilor să obțină suficient oxigen și destui nutrienți din mediul de creștere”, spune Yan. Rezultatele vorbesc de la sine - adică celulele pot vorbi între ele. Celulele imprimate ajung prin mediu pentru a forma conexiuni în interiorul fiecărui strat imprimat, precum și între straturi, formând rețele comparabile cu creierul uman. Neuronii comunică, trimit semnale, interacționează între ei prin neurotransmițători și chiar formează rețele adecvate cu celule suport care au fost adăugate țesutului imprimat. „Am imprimat cortexul cerebral și striatul și ceea ce am găsit a fost destul de uimitor”, spune Zhang. „Chiar și atunci când am imprimat celule diferite aparținând diferitelor părți ale creierului, acestea au putut să vorbească între ele într-un mod foarte special și specific.” Tehnica de imprimare oferă precizie - control asupra tipurilor și aranjamentului celulelor - care nu se găsește în organoizii creierului, organe miniaturale folosite pentru a studia creierul. Organoizii cresc cu mai puțină organizare și control. „Laboratorul nostru este foarte special prin faptul că suntem capabili să producem aproape orice tip de neuroni în orice moment. Apoi le putem pune împreună aproape în orice moment și în orice mod ne place”, spune Zhang. „Deoarece putem imprima țesutul prin design, putem avea un sistem definit pentru a vedea cum funcționează rețeaua creierului nostru uman. Putem analiza foarte specific modul în care celulele nervoase vorbesc între ele în anumite condiții, deoarece putem imprima exact ceea ce ne dorim.” Această specificitate oferă flexibilitate. Țesutul cerebral imprimat ar putea fi folosit pentru a studia semnalizarea dintre celulele din sindromul Down, interacțiunile dintre țesutul sănătos și țesutul învecinat afectat de Alzheimer, pentru a testa noi candidați la medicamente sau chiar pentru a urmări creșterea creierului. „În trecut, ne-am uitat adesea la un singur lucru la un moment dat, ceea ce înseamnă că deseori ne lipsesc unele componente critice. Creierul nostru funcționează în rețele. Vrem să imprimăm țesutul cerebral în acest fel, deoarece celulele nu funcționează de la sine. Vorbesc între ei. Așa funcționează creierul nostru și trebuie studiat împreună astfel pentru a-l înțelege cu adevărat”, spune Zhang. „Țesutul nostru cerebral ar putea fi folosit pentru a studia aproape fiecare aspect major al lucrurilor la care lucrează mulți oameni de la Centrul Waisman. Poate fi folosit pentru a analiza mecanismele moleculare care stau la baza dezvoltării creierului, dezvoltării umane, dizabilităților de dezvoltare, tulburărilor neurodegenerative și multe altele.” Noua tehnică de imprimare ar trebui, de asemenea, să fie accesibilă multor laboratoare. Nu necesită echipamente speciale de bio-imprimare sau metode de cultură pentru a menține țesutul sănătos și poate fi studiat în profunzime cu microscoape, tehnici standard de imagistică și electrozi deja obișnuiți în domeniu. Cercetătorii ar dori totuși să exploreze potențialul de specializare, îmbunătățindu-și în continuare bio-cerneala și rafinându-și echipamentul pentru a permite orientări specifice ale celulelor în țesutul lor imprimat. „În acest moment, imprimanta noastră este una comercializată pe bancă”, spune Yan.

Timestamp-ul:

Mai mult de la Nanowerk