Исследователи использовали новую технику для 3D-печати ткани мозга, клетки которой превратились в функциональные нейроны, которые общались друг с другом в течение нескольких недель. Они говорят, что этот подход можно использовать для изучения здорового и нездорового мозга, тестирования лекарств или просто наблюдения за развитием мозга.
Создание органа, максимально приближенного к реальному, имеет важное значение для исследований, изучающих патологию заболеваний. и тестирование новых лекарств. Мозг сталкивается с особыми проблемами, включая тот факт, что нейроны, выращенные в лаборатории, должны формировать функциональные связи, а ткань мозга должна поддерживать сложную, но деликатную архитектуру.
Исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) успешно напечатали на 3D-принтере ткань мозга, которая растет и функционирует как обычный мозг.
«Это может быть чрезвычайно мощная модель, которая поможет нам понять, как клетки мозга и части мозга человека общаются друг с другом», — сказал Су-Чун Чжан, автор исследования. «Это может изменить наш взгляд на биологию стволовых клеток, нейробиологию и патогенез многих неврологических и психиатрических расстройств».
Исследователи стремились создать многослойную нервную ткань, в которой нервные клетки-предшественники (NPC) созревают и образуют связи (синапсы) внутри и между слоями, сохраняя при этом структуру. Они выбрали гидрогель фибрина, состоящий в основном из фибриногена и тромбина, в качестве «биочернил» или биоматериала, используемого для печати на тканях, поскольку он биосовместим с нервными клетками. И фибриноген, и тромбин играют роль в свертывании крови.
Высокая вязкость фибринового геля затрудняла печать, поэтому исследователи смешали его с гидрогелем гиалуроновой кислоты, отметив, что большое количество NPC, помещенных в смесь, выжило и созрело. Добавление еще одного водорода сделало биочернила мягче, чем те, которые использовались ранее.
Вместо использования традиционного подхода 3D-печати с вертикально расположенными слоями, который требует плотных биочернил, напечатанных толстыми слоями, исследователи создали узорчатую ткань, печатая один тонкий слой или полосу насыщенного клетками геля рядом с другим горизонтально. Чтобы предотвратить смешивание напечатанных полос, тромбин использовался в качестве сшивающего агента сразу после нанесения смеси.
Хотя напечатанные клетки оставались в пределах назначенных слоев, нейроны образовывали функциональные синаптические связи внутри слоев и между ними внутри. через две-пять недель после печати.
«Ткань все еще имеет достаточную структуру, чтобы удерживаться вместе, но она достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам врастать друг в друга и начать разговаривать друг с другом», — сказал Чжан. «Наши ткани остаются относительно тонкими, и это позволяет нейронам легко получать достаточное количество кислорода и питательных веществ из питательной среды».
Исследователи попытались распечатать ткань мозга, используя различные комбинации клеток в био- чернила.
«Мы напечатали кору головного мозга и полосатое тело, и то, что мы обнаружили, было весьма поразительным», — сказал Чжан. «Даже когда мы напечатали разные клетки, принадлежащие разным частям мозга, они все равно могли разговаривать друг с другом совершенно особенным и специфическим образом».
Результаты исследования ведущий автор Юаньвэй Ян в лаборатории Чжан в Университете Висконсина в МэдисонеСюэян Ли/Университет штата Вашингтон в Мэдисоне
Исследователи говорят, что их подход обеспечивает точность в отношении типов и расположения клеток, чего нет у органоидов и других методов печати. А техника печати не требует специального оборудования или методов культивирования для поддержания здоровья тканей, а это означает, что она должна быть доступна для многих лабораторий.
«Наша лаборатория уникальна тем, что мы можем производить красивые любые типы нейронов в любое время», — сказал Чжан. «Тогда мы сможем собрать их вместе практически в любое время и любым способом, который нам нравится. Поскольку мы можем напечатать ткань по дизайну, у нас может быть определенная система, позволяющая посмотреть, как работает сеть нашего человеческого мозга. Мы можем очень детально изучить, как нервные клетки общаются друг с другом в определенных условиях, потому что мы можем напечатать именно то, что хотим».
Планируется усовершенствовать биочернила и оборудование, чтобы обеспечить специфическую ориентацию клеток в напечатанной ткани.
«На данный момент наш принтер представляет собой настольный коммерческий принтер», — сказал ведущий автор исследования. Юаньвэй Ян. «Мы можем внести некоторые специализированные улучшения, которые помогут нам печатать определенные типы мозговой ткани по требованию».
Исследователи говорят, что их напечатанная мозговая ткань может быть использована для изучения межклеточной передачи сигналов при синдроме Дауна, взаимодействия между здоровыми и ткани, пораженные болезнью Альцгеймера, тестировать новые кандидаты на лекарства или просто наблюдать за развитием мозга.
«Раньше мы часто смотрели на одну вещь за раз, а это означает, что мы часто упускаем некоторые критические компоненты», — сказал Чжан. «Наш мозг работает в сетях. Мы хотим напечатать ткань мозга таким образом, потому что клетки не действуют сами по себе. Они разговаривают друг с другом. Так устроен наш мозг, и чтобы по-настоящему понять его, его необходимо изучать все вместе».
Исследование было опубликовано в журнале Cell Stem Cell. р>
