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.
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.