世界上第一個3D打印的神經組織像人腦一樣生長和運作

研究人員創造了第一個功能性的3D打印腦組織，它可以像真正的人類腦組織一樣發展和形成連接。

威斯康星大學麥迪遜分校（University of Wisconsin–Madison）的一個團隊的這一非凡成就為神經科學家提供了一種研究腦細胞與人腦其他部分之間交流的新工具，從而有可能帶來更好的方法來治療疾病，如阿爾茨海默氏癥和帕金森氏癥.

“它可能會改變我們看待的方式干細胞生物學、神經科學以及許多神經和精神疾病的發病機制，”說神經科學家Su-Chun Zhang是一篇描述這項研究的新論文的資深作者。

Zhang和他的團隊說，許多實驗室應該能夠使用他們的新方法，因為它不需要特殊的生物打印設備。此外，該組織易于保持健康，可以使用顯微鏡和大多數實驗室中常見的其他設備進行研究。

3D生物打印是一種計算機引導的過程，可以構建材料，細胞和其他組件層以構建活體結構 - 在創建可復制的組織方面具有巨大潛力，在某些情況下甚至替換真正的交易。

“因為我們可以通過設計打印組織，我們可以有一個定義的系統來觀察我們的人腦網絡是如何運作的。說張。“我們可以非常具體地研究神經細胞在某些條件下如何相互交談。

研究人員解釋說，為了了解用于研究健康和疾病的人腦網絡，我們需要一個可靠的活體人類神經組織模型，因為動物模型無法完全復制大腦的復雜性。

但是打印功能性人腦組織具有挑戰性，到目前為止，大多數3D打印組織在細胞之間缺乏適當的連接。神經元需要能夠在保持組織結構完整的同時成熟，而星形膠質細胞等支持細胞對于組織正常運作至關重要。

早期的嘗試使用不可生物降解的支架，防止神經細胞輕易遷移。該團隊沒有使用通常的垂直分層，而是使用源自誘導多能的神經元的水平分層干細胞，放置在比以前方法更柔軟的“生物墨水”凝膠中。

他們打印的組織細胞可以在短短幾周內在層內和層之間形成類似腦的網絡。神經元進行交流、發送信號、使用神經遞質，甚至與添加的支持細胞形成網絡。

“組織仍然有足夠的結構來保持在一起，但它足夠柔軟，可以讓神經元相互生長并開始相互交談，”解釋張。

“即使我們打印了屬于大腦不同部位的不同細胞，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交談。

他說，一次研究一件事意味著缺少關鍵組件，因為大腦在網絡中運作。以這種方式打印腦組織可以更清晰地觀察細胞相互作用。

“我們打印了大腦皮層和紋狀體，我們發現的結果非常驚人，”張說.

他們發現，在打印的腦組織中投射的軸突反映了人腦模式，其中皮質神經元將軸突投射到紋狀體上。

這種3D打印方法的精度允許控制細胞類型和排列，這與用于大腦研究的微型實驗室培養器官（稱為大腦）不同類器官.

然而，原型無法控制成熟神經元的方向，打印的組織缺乏大腦類器官中的自然結構。但Zhang及其同事表示，它補充了類器官，是研究不同條件下大腦的有用方法。

“它可以用來研究大腦發育、人類發育、發育障礙、神經退行性疾病等的分子機制，”張解釋.

該團隊希望改進他們的過程，以創建具有可引導細胞的更特異性的腦組織。

該研究已發表在細胞干細胞.

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