Czy kiedyś stworzymy mózg z drukarki 3D? Pierwszy krok zrobiony

Naukowcy stworzyli pierwszą funkcjonalną tkankę mózgową z drukarki 3D. To ważne osiągnięcie, które pozwoli na badanie różnych zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera i Parkinsona.
Model mózgu – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Model mózgu – zdjęcie poglądowe /Fot. Unsplash

Zespół naukowców z University of Wisconsin–Madison wytworzył pierwszą w historii tkankę nerwową z drukarki 3D, która może rosnąć i funkcjonować jak typowa tkanka budująca ludzki mózg. Szczegóły opisano w czasopiśmie Cell Stem Cell.

Czytaj też: Po raz pierwszy stworzono minimózgi z tkanki płodu. Historia dzieje się na naszych oczach

Prof. Su-Chun Zhang z Waisman Center UW-Madison mówi:

To niezwykle potężny model, który pomoże nam zrozumieć, w jaki sposób komórki nerwowe i części mózgu komunikują się u ludzi. Może zmienić sposób, w jaki patrzymy na biologię komórek macierzystych, neuronaukę i patogenezę wielu zaburzeń neurologicznych i psychiatrycznych.

Tkanka mózgowa z drukarki 3D już jest, teraz czas na cały mózg?

Zamiast tradycyjnego podejścia do druku 3D, polegającego na układaniu kolejnych warstw w pionie, badacze wykorzystali odwrotną orientację – poziomą. Neurony wytworzone z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych (iPSC) ostrożnie ułożono w warstwy przy użyciu miękkiego żelu z biotuszem, tworząc środowisko sprzyjające do wzrostu.

Czytaj też: Organoidy, jakich jeszcze nie było. Wyhodowali w laboratorium oczy

Tkanka była wyjątkowo cienka, aby zapewnić neuronom optymalny pobór tlenu i składników odżywczych z otaczających pożywek. Wielowarstwowy druk umożliwił komórkom tworzenie połączeń, w wyniku czego powstały sieci podobne do tych obserwowanych w ludzkich mózgach. Wydaje się, że w tych sieciach neurony aktywnie się komunikują, wysyłając między sobą sygnały. Odbywa się to za pośrednictwem neuroprzekaźników, które występują także w naszych mózgach.

Ludzka tkanka korowo-prążkowiowa z drukarki 3D wykazała projekcję jednokierunkową. Czerwone zabarwienie SMI321, wskazujące na projekcję aksonu korowego; zielone ChrR2-EYFP na komórki prążkowia /Fot. Cell Stem Cell

Druk 3D zapewnia precyzję – kontrolę nad rodzajem i rozmieszczeniem komórek – niespotykaną w organoidach mózgowych, miniaturowych narządach hodowanych w laboratorium. Organoidy rosną przy mniejszej organizacji i kontroli.

Prof. Su-Chun Zhang dodaje:

Nasze laboratorium jest wyjątkowe, ponieważ jesteśmy w stanie wyprodukować praktycznie każdy typ neuronów w każdej chwili. Wtedy możemy je złożyć w niemal dowolnej konfiguracji. Ponieważ możemy wydrukować tkankę zgodnie z projektem, możemy mieć zdefiniowany system sprawdzający, jak działa sieć ludzkiego mózgu. Możemy bardzo dokładnie przyjrzeć się temu, jak komórki nerwowe komunikują się ze sobą w określonych warunkach.

Wydrukowaną tkankę mózgową można wykorzystać do badania sygnalizacji między komórkami w zespole Downa, interakcji między zdrową tkanką a sąsiadującą tkanką dotkniętą chorobą Alzheimera, testowania nowych kandydatów na leki, a nawet obserwowania wzrostu mózgu.

Nowa technika druku 3D powinna być dostępna dla wielu laboratoriów – nie wymaga specjalnego sprzętu do biodruku ani metod hodowli. Wytworzone struktury można dogłębnie badać za pomocą mikroskopów, standardowych technik obrazowania i istniejących już elektrod. Naukowcy planują jednak ulepszenie biotuszu i sprzętu do druku 3D, aby umożliwić komórkom odpowiednią orientację.