威斯康星大學：研究人員3D打印功能性人腦組織

2024年2月，南極熊獲悉，來自威斯康星大學麥迪遜分校的一組科學家開發(fā)出了第一個3D打印腦組織，可以像典型腦組織一樣生長和發(fā)揮作用，這是一項重大成就，對研究大腦和致力于廣泛治療的科學家具有重要意義。神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)發(fā)育障礙，例如阿爾茨海默病和帕金森病。

威斯康星大學麥迪遜分校魏斯曼中心的神經(jīng)科學和神經(jīng)病學教授Su-Chun Zhang說：“這是一個非常強大的模型，可以幫助我們了解人類的腦細胞和大腦部分如何進行交流，有助于干細胞生物學、神經(jīng)科學以及許多神經(jīng)和精神疾病發(fā)病機制的研究?！?br />


此項研究工作已經(jīng)發(fā)表在了《Cell Stem Cell》雜志上，其中腦細胞（誘導多能干細胞生長的神經(jīng)元）被放置在柔軟的生物墨水凝膠中。研究人員表示該組織仍具有足夠的強度結合在一起，但它也十分柔軟，可以讓神經(jīng)元相互生長并開始相互交流。這些單元彼此相鄰放置，就像桌面上彼此相鄰的鉛筆一樣，組織保持相對較薄的狀態(tài)，神經(jīng)元很容易從生長培養(yǎng)基中獲得足夠的氧氣和足夠的營養(yǎng)。


△研究人員Su-Chun Zhang

打印的細胞穿過介質(zhì)，在每個打印層內(nèi)部以及跨層形成連接，形成與人腦相當?shù)木W(wǎng)絡，本質(zhì)上，細胞之間可以相互交流。神經(jīng)元通過神經(jīng)遞質(zhì)進行通信、發(fā)送信號、相互作用，甚至與添加到打印組織中的支持細胞形成適當?shù)木W(wǎng)絡。

Su-Chun Zhang表示：“我們打印了大腦皮層和紋狀體，取得的發(fā)現(xiàn)非常驚人，即使我們打印了屬于大腦不同部分的不同細胞，它們?nèi)匀荒軌蛞砸环N非常特殊和特定的方式相互交流?！?br />
3D打印技術的作用
●打印技術提供了精確性，對細胞類型和排列能夠進行控制，這是大腦類器官（用于研究大腦的微型器官）所沒有的，類器官的生長需要較少的組織和控制。研究人員表示，實驗室特別，能夠隨時產(chǎn)生幾乎任何類型的神經(jīng)元，可以在任何時間以任何方式將它們拼湊在一起?？梢酝ㄟ^設計打印組織，有一個明確的系統(tǒng)來觀察人腦網(wǎng)絡如何運作，可以非常具體地觀察神經(jīng)細胞在某些條件下如何相互通信，因為此3D打印可以準確地打印出想要的內(nèi)容。

●這種特異性提供了靈活性，3D 打印的腦組織有可能用于研究唐氏綜合癥細胞之間的信號傳導、健康組織與受阿爾茨海默病影響的鄰近組織之間的相互作用、測試新的候選藥物，甚至觀察大腦的生長。

●新的打印技術也相對容易獲得，因為它不需要特殊的生物打印設備或培養(yǎng)方法來保持組織健康，并且可以使用顯微鏡、標準成像技術和該領域已經(jīng)常見的電極進行深入研究。


△研究人員Yuanwei Yan

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員希望探索專業(yè)化的潛力，進一步改進他們的生物墨水并改進他們的設備，以允許打印組織內(nèi)細胞的特定方向。 目前，改實驗室使用的打印機是臺式商業(yè)化打印機，可以進行一些專門的改進，按需打印特定類型的腦組織。

這項研究得到了 NIH-NINDS (NS096282、NS076352、NS086604)、NICHD (HD106197、HD090256)、新加坡國家醫(yī)學研究理事會 (MOH-000212、MOH-000207)、新加坡教育部 (MOE2018- T2-2-103)、帕金森病的科學協(xié)調(diào) (ASAP-000301)、Bleser 家庭基金會和 Busta 基金會。