Исследователи использовали нервные стволовые клетки человека для 3D-печати функциональной ткани мозга, которая имитирует архитектуру коры головного мозга, самого внешнего слоя мозга. Этот революционный метод потенциально может обеспечить индивидуализированное лечение травм головного мозга.
Наш мозг имеет тонкую и сложную структуру, которая может быть повреждена травмой, инсультом, эпилепсией и хирургическим вмешательством по удалению опухоли, что приводит к трудностям с лечением. общение, движение и познание. Имплантированные стволовые клетки способны восстановить поврежденную ткань мозга, но до сих пор было сложно воссоздать архитектуру мозга с помощью этих клеток.
В новом исследовании ученые из Оксфордского университета изготовили двухслойную ткань мозга путем 3D-печати нервных стволовых клеток человека, которые при имплантации в ткань мозга мыши интегрировались с ней как структурно, так и функционально.
» Наша технология капельной печати дает возможность создавать живые 3D-ткани с желаемой архитектурой, что приближает нас к созданию персонализированных методов имплантации при травмах головного мозга», — сказала Линна Чжоу, один из авторов исследования.
Индуцированные человеком плюрипотентные стволовые клетки (hiPSC) имеют большой потенциал для использования в регенеративной терапии тканей. Это искусственные стволовые клетки, полученные из соматических клеток, которые были генетически перепрограммированы до состояния, подобного эмбриональным стволовым клеткам, что дает им уникальную способность дифференцироваться в любой тип клеток организма.
В текущем исследовании ученые сначала дифференцировали hiPSC на два типа нервных клеток-предшественников, предназначенных для формирования верхних и глубоких слоев коры головного мозга. Эти специфичные для слоев предшественники были использованы для создания двух биочернил, которые были напечатаны на слоистых тканях с помощью 3D-капельной печати — вида печати, который позволяет производить мягкие ткани без каркасов. Напечатанным клеткам-предшественникам давали созреть перед тем, как слоистые ткани были имплантированы в живую ткань мозга мыши, где их рост и активность контролировались в течение недели.
Графическое представление процесса от дифференцировки стволовых клеток до имплантации 3D-печатной ткани мозга Юнчэн Цзинь/Оксфордский университет
Имплантированные ткани продемонстрировали сильную интеграцию с клетками головного мозга мыши, включая образование нейрональных отростков – пальцеобразных отростков, которые проводят и передают нервные сигналы – и миграцию нейронов через границу между имплантатом и хозяином. Имплантированные клетки также продемонстрировали сигнальную активность, коррелирующую с клетками-хозяевами, что указывает на то, что клетки общаются друг с другом и демонстрируют функциональную и структурную интеграцию.
«Развитие человеческого мозга — это тонкий и сложный процесс со сложной хореографией», — сказал Золтан Молнар, еще один из авторов исследования. «Было бы наивно думать, что мы сможем воссоздать всю клеточную прогрессию в лаборатории. Тем не менее, наш проект 3D-печати демонстрирует существенный прогресс в управлении судьбой и расположением ИПСК человека, образующих основные функциональные единицы коры головного мозга».
Поскольку кора головного мозга человека имеет до шести слоев нервных клеток Исследователи планируют усовершенствовать технику 3D-капельной печати, чтобы создавать более сложные, многослойные ткани, которые более реалистично имитируют архитектуру мозга. Помимо потенциального использования напечатанной ткани для лечения травм головного мозга, они говорят, что ее также можно использовать при тестировании лекарств, исследованиях развития мозга и для улучшения нашего понимания когнитивных функций.
«Это достижение знаменует собой значительный шаг на пути к изготовление материалов с полной структурой и функцией естественных тканей мозга», — сказал Юнчэн Цзинь, ведущий автор исследования. «Эта работа предоставит уникальную возможность изучить работу коры головного мозга человека и, в долгосрочной перспективе, даст надежду людям, получившим травмы головного мозга».
Результат был опубликован в журнале Природные коммуникации.
