世界上第一个3D打印的神经组织像人脑一样生长和运作

研究人员创造了第一个功能性的3D打印脑组织,它可以像真正的人类脑组织一样发展和形成连接。

威斯康星大学麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)的一个团队的这一非凡成就为神经科学家提供了一种研究脑细胞与人脑其他部分之间交流的新工具,从而有可能带来更好的方法来治疗疾病,如阿尔茨海默氏症帕金森氏症.

“它可能会改变我们看待的方式干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病的发病机制,”神经科学家Su-Chun Zhang是一篇描述这项研究的新论文的资深作者。

Zhang和他的团队说,许多实验室应该能够使用他们的新方法,因为它不需要特殊的生物打印设备。此外,该组织易于保持健康,可以使用显微镜和大多数实验室中常见的其他设备进行研究。

3D生物打印是一种计算机引导的过程,可以构建材料,细胞和其他组件层以构建活体结构 - 在创建可复制的组织方面具有巨大潜力,在某些情况下甚至替换真正的交易。

“因为我们可以通过设计打印组织,我们可以有一个定义的系统来观察我们的人脑网络是如何运作的。张。“我们可以非常具体地研究神经细胞在某些条件下如何相互交谈。

研究人员解释说,为了了解用于研究健康和疾病的人脑网络,我们需要一个可靠的活体人类神经组织模型,因为动物模型无法完全复制大脑的复杂性。

但是打印功能性人脑组织具有挑战性,到目前为止,大多数3D打印组织在细胞之间缺乏适当的连接。神经元需要能够在保持组织结构完整的同时成熟,而星形胶质细胞等支持细胞对于组织正常运作至关重要。

早期的尝试使用不可生物降解的支架,防止神经细胞轻易迁移。该团队没有使用通常的垂直分层,而是使用源自诱导多能的神经元的水平分层干细胞,放置在比以前方法更柔软的“生物墨水”凝胶中。

他们打印的组织细胞可以在短短几周内在层内和层之间形成类似脑的网络。神经元进行交流、发送信号、使用神经递质,甚至与添加的支持细胞形成网络。

“组织仍然有足够的结构来保持在一起,但它足够柔软,可以让神经元相互生长并开始相互交谈,”解释张。

“即使我们打印了属于大脑不同部位的不同细胞,它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互交谈。

他说,一次研究一件事意味着缺少关键组件,因为大脑在网络中运作。以这种方式打印脑组织可以更清晰地观察细胞相互作用。

“我们打印了大脑皮层和纹状体,我们发现的结果非常惊人,”张.

他们发现,在打印的脑组织中投射的轴突反映了人脑模式,其中皮质神经元将轴突投射到纹状体上。

这种3D打印方法的精度允许控制细胞类型和排列,这与用于大脑研究的微型实验室培养器官(称为大脑)不同类器官.

然而,原型无法控制成熟神经元的方向,打印的组织缺乏大脑类器官中的自然结构。但Zhang及其同事表示,它补充了类器官,是研究不同条件下大脑的有用方法。

“它可以用来研究大脑发育、人类发育、发育障碍、神经退行性疾病等的分子机制,”张解释.

该团队希望改进他们的过程,以创建具有可引导细胞的更特异性的脑组织。

该研究已发表在细胞干细胞.

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