威斯康星大學：研究人員3D打印功能性人腦組織

2024年2月,，南極熊獲悉，來自威斯康星大學麥迪遜分校的一組科學家開發(fā)出了第一個3D打印腦組織,，可以像典型腦組織一樣生長和發(fā)揮作用,，這是一項重大成就，對研究大腦和致力于廣泛治療的科學家具有重要意義,。神經系統(tǒng)和神經發(fā)育障礙,，例如阿爾茨海默病和帕金森病,。

威斯康星大學麥迪遜分校魏斯曼中心的神經科學和神經病學教授Su-Chun Zhang說：“這是一個非常強大的模型，可以幫助我們了解人類的腦細胞和大腦部分如何進行交流,，有助于干細胞生物學,、神經科學以及許多神經和精神疾病發(fā)病機制的研究�,！�



此項研究工作已經發(fā)表在了《Cell Stem Cell》雜志上,，其中腦細胞（誘導多能干細胞生長的神經元）被放置在柔軟的生物墨水凝膠中。研究人員表示該組織仍具有足夠的強度結合在一起,，但它也十分柔軟,，可以讓神經元相互生長并開始相互交流,。這些單元彼此相鄰放置,，就像桌面上彼此相鄰的鉛筆一樣，組織保持相對較薄的狀態(tài),，神經元很容易從生長培養(yǎng)基中獲得足夠的氧氣和足夠的營養(yǎng),。


△研究人員Su-Chun Zhang

打印的細胞穿過介質，在每個打印層內部以及跨層形成連接,，形成與人腦相當?shù)木W絡,，本質上，細胞之間可以相互交流,。神經元通過神經遞質進行通信,、發(fā)送信號、相互作用,，甚至與添加到打印組織中的支持細胞形成適當?shù)木W絡,。

Su-Chun Zhang表示：“我們打印了大腦皮層和紋狀體，取得的發(fā)現(xiàn)非常驚人,，即使我們打印了屬于大腦不同部分的不同細胞,，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交流�,！�

3D打印技術的作用
●打印技術提供了精確性,，對細胞類型和排列能夠進行控制，這是大腦類器官（用于研究大腦的微型器官）所沒有的,，類器官的生長需要較少的組織和控制,。研究人員表示，實驗室特別,，能夠隨時產生幾乎任何類型的神經元,，可以在任何時間以任何方式將它們拼湊在一起�,？梢酝ㄟ^設計打印組織,，有一個明確的系統(tǒng)來觀察人腦網絡如何運作,，可以非常具體地觀察神經細胞在某些條件下如何相互通信，因為此3D打印可以準確地打印出想要的內容,。

●這種特異性提供了靈活性,，3D 打印的腦組織有可能用于研究唐氏綜合癥細胞之間的信號傳導、健康組織與受阿爾茨海默病影響的鄰近組織之間的相互作用,、測試新的候選藥物,，甚至觀察大腦的生長。

●新的打印技術也相對容易獲得,，因為它不需要特殊的生物打印設備或培養(yǎng)方法來保持組織健康,，并且可以使用顯微鏡、標準成像技術和該領域已經常見的電極進行深入研究,。


△研究人員Yuanwei Yan

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員希望探索專業(yè)化的潛力,，進一步改進他們的生物墨水并改進他們的設備，以允許打印組織內細胞的特定方向,。 目前,，改實驗室使用的打印機是臺式商業(yè)化打印機，可以進行一些專門的改進,，按需打印特定類型的腦組織,。

這項研究得到了 NIH-NINDS (NS096282、NS076352,、NS086604),、NICHD (HD106197、HD090256),、新加坡國家醫(yī)學研究理事會 (MOH-000212,、MOH-000207)、新加坡教育部 (MOE2018- T2-2-103),、帕金森病的科學協(xié)調 (ASAP-000301),、Bleser 家庭基金會和 Busta 基金會。