《參考消息》：3D打印干細(xì)胞或可修復(fù)腦損傷

來(lái)源：參考消息

2023年10月27日,，南極熊獲悉，研究人員通過(guò)3D打印人類干細(xì)胞,，制造出了一種代表簡(jiǎn)化大腦皮層的改造組織,。這些組織植入實(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí)會(huì)與宿主組織融為一體。

英國(guó)牛津大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)的這項(xiàng)突破性技術(shù)有朝一日可能為腦損傷者提供量身定制的修復(fù),。研究人員首次證明,，神經(jīng)細(xì)胞可以通過(guò)3D打印來(lái)模擬大腦皮層的結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)研究結(jié)果發(fā)表在今天出版的英國(guó)《自然-通訊》雜志上,。

腦損傷,，包括由創(chuàng)傷、中風(fēng)和腦腫瘤手術(shù)引起的腦損傷,，通常會(huì)對(duì)大腦皮層(人類大腦的外層)造成嚴(yán)重?fù)p害,，導(dǎo)致認(rèn)知、運(yùn)動(dòng)和交流方面的困難,。例如,，全球每年約有7000萬(wàn)人遭受創(chuàng)傷性腦損傷，其中500萬(wàn)例傷情嚴(yán)重或致命。目前,，嚴(yán)重的腦損傷尚無(wú)有效的治療方法,，且極大影響了生活質(zhì)量。

人體組織再生療法,，特別是那些給患者植入來(lái)自他們自身干細(xì)胞的療法,，有望成為未來(lái)治療腦損傷的一種路徑。然而,，到目前為止,，還沒(méi)有辦法確保植入的干細(xì)胞能模仿大腦的結(jié)構(gòu)。

牛津大學(xué)研究人員在這項(xiàng)新的研究中利用3D打印技術(shù)打印出人類神經(jīng)干細(xì)胞,，制造出一種雙層腦組織,。當(dāng)這些3D打印的細(xì)胞植入實(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí)，它們顯示出與宿主組織在結(jié)構(gòu)和功能上令人信服的融合,。

研究報(bào)告的第一作者,、牛津大學(xué)化學(xué)系博士金泳成(音)說(shuō)：“這一進(jìn)展標(biāo)志著朝制造具有天然腦組織完整結(jié)構(gòu)和功能的材料邁出了重要的一步,。這項(xiàng)研究工作將為探索人類大腦皮層的運(yùn)作原理提供一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì),，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它將為腦損傷者帶來(lái)希望,�,！�

這種大腦皮層結(jié)構(gòu)是由人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞制成，這種細(xì)胞可產(chǎn)生大多數(shù)人類組織中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型,。

使用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行組織修復(fù)的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)是,，它們可以很容易地從患者自身的細(xì)胞中提取，因此不會(huì)引發(fā)免疫反應(yīng),。

通過(guò)使用生長(zhǎng)因子和化學(xué)物質(zhì)的特定組合,，人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞被分化為大腦皮層兩個(gè)不同層的神經(jīng)祖細(xì)胞。之后將這些細(xì)胞懸浮在溶液中產(chǎn)生兩種“生物墨水”,，然后打印出兩層結(jié)構(gòu),。

正如層特異性生物標(biāo)記物的表達(dá)所示，在培養(yǎng)中,，打印出來(lái)的組織其分層細(xì)胞結(jié)構(gòu)保持了數(shù)周時(shí)間,。

正如神經(jīng)元跨越植入物-宿主邊界的遷移和神經(jīng)過(guò)程投射所證明的那樣，當(dāng)打印出來(lái)的組織被植入實(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí),，它們表現(xiàn)出強(qiáng)烈融合性,。植入的細(xì)胞也顯示出與宿主細(xì)胞相關(guān)的信號(hào)活性。這表明人類細(xì)胞與實(shí)驗(yàn)鼠細(xì)胞在相互交流,，顯示出在功能和結(jié)構(gòu)方面的融合,。

研究人員現(xiàn)在打算進(jìn)一步改進(jìn)“生物墨滴”打印技術(shù)，以創(chuàng)造復(fù)雜的多層大腦皮層組織，更逼真地模仿人類大腦的結(jié)構(gòu),。除了修復(fù)腦損傷的潛力之外,，這些改造組織還可能用于藥物評(píng)估、大腦發(fā)育研究,，以及提高我們對(duì)認(rèn)知基礎(chǔ)的理解,。

這項(xiàng)研究不斷取得新進(jìn)展的基礎(chǔ)是，該研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)達(dá)十年為人工合成組織和培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行3D打印技術(shù)的發(fā)明和專利申請(qǐng),。

研究報(bào)告的資深作者,、牛津大學(xué)化學(xué)系博士周琳娜(音)說(shuō)：“我們的(生物)墨滴打印技術(shù)提供了一種人工設(shè)計(jì)所需結(jié)構(gòu)的活體3D組織的方法，這使我們更接近于針對(duì)腦損傷創(chuàng)建個(gè)性化植入治療方案,�,！�

研究報(bào)告的資深作者、牛津大學(xué)生理學(xué),、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系副教授弗朗西斯·塞萊補(bǔ)充說(shuō)：“活體腦切片的使用為探究3D打印在大腦修復(fù)中的效用創(chuàng)建了一個(gè)強(qiáng)大的平臺(tái),。這是一個(gè)天然橋梁，連接了3D打印皮層柱體外發(fā)育的研究和其在動(dòng)物模型受損大腦的融入,�,！�

研究報(bào)告的資深作者、牛津大學(xué)生理學(xué),、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系教授佐爾坦·莫爾納說(shuō)：“人類大腦的發(fā)育是一個(gè)有著復(fù)雜編排的微妙而精細(xì)的過(guò)程,。要是以為我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里就能重現(xiàn)整個(gè)細(xì)胞生命進(jìn)程，那也太天真了,。盡管如此,，我們的3D打印項(xiàng)目在控制人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的命運(yùn)和排列形成大腦皮層的基本功能單元方面取得了重大進(jìn)展�,！�

研究報(bào)告的資深作者,、牛津大學(xué)化學(xué)系教授黑根·貝利說(shuō)：“這種充滿未來(lái)主義色彩的努力只能通過(guò)多學(xué)科高度互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，牛津大學(xué)的化學(xué)系與生理學(xué),、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系都參與了此項(xiàng)研究,。”