นักวิจัย 3D พิมพ์เนื้อเยื่อสมองของมนุษย์

นักวิจัย 3D พิมพ์เนื้อเยื่อสมองของมนุษย์

Time Stamp: 2 กุมภาพันธ์ 2024 8:37 น.
โหนดต้นทาง: 3093799
02 ก.พ. 2024 (ข่าวนาโนเวิร์ค) ทีมนักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน–แมดิสันได้พัฒนาเนื้อเยื่อสมองที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติชิ้นแรกที่สามารถเติบโตและทำงานได้เหมือนกับเนื้อเยื่อสมองทั่วไป นับเป็นความสำเร็จที่มีนัยสำคัญสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาสมองและทำงานเกี่ยวกับการรักษาโรคทางระบบประสาทและพัฒนาการทางระบบประสาทในวงกว้าง เช่น โรคอัลไซเมอร์และพาร์กินสัน “นี่อาจเป็นแบบจำลองที่ทรงพลังอย่างยิ่งในการช่วยให้เราเข้าใจว่าเซลล์สมองและส่วนต่างๆ ของสมองสื่อสารกันในมนุษย์ได้อย่างไร” Su-Chun Zhang ศาสตราจารย์ด้านประสาทวิทยาศาสตร์และประสาทวิทยาที่ UW–Madison's Waisman Center กล่าว “มันสามารถเปลี่ยนวิธีการมองชีววิทยาสเต็มเซลล์ ประสาทวิทยา และการเกิดโรคของความผิดปกติทางระบบประสาทและจิตเวชหลายอย่างได้” Zhang และ Yuanwei Yan นักวิทยาศาสตร์ในห้องทดลองของ Zhang กล่าวว่าวิธีการพิมพ์จำกัดความสำเร็จของความพยายามในการพิมพ์เนื้อเยื่อสมองครั้งก่อน กลุ่มที่อยู่เบื้องหลังกระบวนการพิมพ์ 3 มิติใหม่ได้อธิบายวิธีการของพวกเขาในวารสาร เซลล์ต้นกำเนิด (“การพิมพ์ทางชีวภาพ 3 มิติของเนื้อเยื่อประสาทของมนุษย์พร้อมการเชื่อมต่อการทำงาน”). แทนที่จะใช้วิธีการพิมพ์ 3 มิติแบบดั้งเดิมโดยซ้อนเลเยอร์ในแนวตั้ง นักวิจัยกลับหันไปในแนวนอน พวกเขาวางเซลล์สมอง ซึ่งเป็นเซลล์ประสาทที่เติบโตจากเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ในเจล "หมึกชีวภาพ" ที่นุ่มนวลกว่าความพยายามครั้งก่อนๆ “เนื้อเยื่อยังคงมีโครงสร้างเพียงพอที่จะยึดติดกัน แต่ก็นุ่มพอที่จะทำให้เซลล์ประสาทเติบโตเข้าหากันและเริ่มพูดคุยกัน” Zhang กล่าว เซลล์ต่างๆ วางติดกันเหมือนดินสอที่วางติดกันบนโต๊ะ “เนื้อเยื่อของเราค่อนข้างบาง และทำให้เซลล์ประสาทได้รับออกซิเจนเพียงพอและสารอาหารเพียงพอจากสื่อการเจริญเติบโต” Yan กล่าว ผลลัพธ์พูดเพื่อตัวเอง กล่าวคือ เซลล์สามารถสื่อสารกันเองได้ เซลล์ที่พิมพ์เข้าถึงผ่านสื่อเพื่อสร้างการเชื่อมต่อภายในแต่ละชั้นที่พิมพ์และข้ามชั้น ก่อให้เกิดเครือข่ายที่เทียบได้กับสมองของมนุษย์ เซลล์ประสาทสื่อสาร ส่งสัญญาณ มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันผ่านสารสื่อประสาท และแม้แต่สร้างเครือข่ายที่เหมาะสมด้วยเซลล์สนับสนุนที่เพิ่มเข้าไปในเนื้อเยื่อที่พิมพ์ออกมา “เราพิมพ์เปลือกสมองและ striatum และสิ่งที่เราพบก็ค่อนข้างน่าทึ่ง” Zhang กล่าว “แม้เมื่อเราพิมพ์เซลล์ต่าง ๆ ที่เป็นของส่วนต่าง ๆ ของสมอง พวกเขาก็ยังสามารถพูดคุยกันด้วยวิธีที่พิเศษและเฉพาะเจาะจง” เทคนิคการพิมพ์ให้ความแม่นยำในการควบคุมประเภทและการจัดเรียงของเซลล์ ซึ่งไม่พบในออร์แกนอยด์ของสมอง ซึ่งเป็นอวัยวะขนาดเล็กที่ใช้ในการศึกษาสมอง สารอินทรีย์เติบโตโดยมีการจัดระเบียบและการควบคุมน้อยลง “ห้องปฏิบัติการของเรามีความพิเศษมากตรงที่เราสามารถผลิตเซลล์ประสาทประเภทใดก็ได้แทบทุกเวลาตลอดเวลา จากนั้นเราก็สามารถปะติดปะต่อพวกมันเข้าด้วยกันได้เกือบทุกเวลาและในแบบที่เราต้องการ” Zhang กล่าว “เนื่องจากเราสามารถพิมพ์เนื้อเยื่อตามการออกแบบได้ เราจึงสามารถมีระบบที่กำหนดไว้เพื่อดูว่าเครือข่ายสมองของมนุษย์ทำงานอย่างไร เราสามารถดูได้อย่างเฉพาะเจาะจงว่าเซลล์ประสาทพูดคุยกันอย่างไรภายใต้เงื่อนไขบางประการ เนื่องจากเราสามารถพิมพ์สิ่งที่เราต้องการได้อย่างแน่นอน” ความเฉพาะเจาะจงนั้นให้ความยืดหยุ่น เนื้อเยื่อสมองที่พิมพ์ออกมาสามารถใช้เพื่อศึกษาการส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ในกลุ่มอาการดาวน์ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเนื้อเยื่อที่มีสุขภาพดีกับเนื้อเยื่อข้างเคียงที่ได้รับผลกระทบจากโรคอัลไซเมอร์ การทดสอบตัวยาใหม่ หรือแม้แต่การดูสมองเติบโต “ในอดีต เรามักจะพิจารณาสิ่งหนึ่งสิ่งใดในแต่ละครั้ง ซึ่งหมายความว่าเรามักจะพลาดองค์ประกอบที่สำคัญบางประการไป สมองของเราทำงานในเครือข่าย เราต้องการพิมพ์เนื้อเยื่อสมองด้วยวิธีนี้เพราะเซลล์ไม่ได้ทำงานด้วยตัวเอง พวกเขาคุยกัน นี่คือวิธีการทำงานของสมองของเรา และต้องศึกษาร่วมกันในลักษณะนี้จึงจะเข้าใจมันได้อย่างแท้จริง” จางกล่าว “เนื้อเยื่อสมองของเราสามารถนำมาใช้เพื่อศึกษาเกือบทุกแง่มุมสำคัญของสิ่งที่ผู้คนจำนวนมากใน Waisman Center กำลังทำงานอยู่ สามารถใช้เพื่อดูกลไกระดับโมเลกุลที่เป็นรากฐานของการพัฒนาสมอง การพัฒนาของมนุษย์ ความบกพร่องทางพัฒนาการ ความผิดปกติของระบบประสาท และอื่นๆ” เทคนิคการพิมพ์ใหม่นี้ควรสามารถเข้าถึงได้ในห้องปฏิบัติการหลายแห่ง ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์พิมพ์ชีวภาพพิเศษหรือวิธีการเพาะเลี้ยงเพื่อรักษาเนื้อเยื่อให้แข็งแรง และสามารถศึกษาเชิงลึกด้วยกล้องจุลทรรศน์ เทคนิคการถ่ายภาพมาตรฐาน และอิเล็กโทรดที่ใช้กันทั่วไปในภาคสนาม นักวิจัยต้องการสำรวจศักยภาพของความเชี่ยวชาญเฉพาะทางเพื่อปรับปรุงหมึกชีวภาพและปรับแต่งอุปกรณ์เพื่อให้สามารถวางแนวเฉพาะของเซลล์ภายในเนื้อเยื่อที่พิมพ์ได้ “ตอนนี้ เครื่องพิมพ์ของเราเป็นเครื่องพิมพ์เชิงพาณิชย์แบบตั้งโต๊ะ” Yan กล่าว

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก นาโนเวิร์ค