威斯康星大學(xué)：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(xué)麥迪遜分校的一組科學(xué)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(xiàng)重大成就，對研究大腦和致力于廣泛治療的科學(xué)家具有重要意義,。神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)發(fā)育障礙,，例如阿爾茨海默病和帕金森病。

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



此項(xiàng)研究工作已經(jīng)發(fā)表在了《Cell Stem Cell》雜志上,，其中腦細(xì)胞（誘導(dǎo)多能干細(xì)胞生長的神經(jīng)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(qiáng)度結(jié)合在一起,，但它也十分柔軟,，可以讓神經(jīng)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(jīng)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(xì)胞穿過介質(zhì)，在每個打印層內(nèi)部以及跨層形成連接,，形成與人腦相當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò),，本質(zhì)上，細(xì)胞之間可以相互交流,。神經(jīng)元通過神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)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(xì)胞形成適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò),。

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(xì)胞,，它們?nèi)匀荒軌蛞砸环N非常特殊和特定的方式相互交流�,！�

3D打印技術(shù)的作用
●打印技術(shù)提供了精確性,，對細(xì)胞類型和排列能夠進(jìn)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(shí)驗(yàn)室特別,，能夠隨時產(chǎn)生幾乎任何類型的神經(jīng)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(shè)計打印組織,，有一個明確的系統(tǒng)來觀察人腦網(wǎng)絡(luò)如何運(yùn)作，可以非常具體地觀察神經(jīng)細(xì)胞在某些條件下如何相互通信,，因?yàn)榇?D打印可以準(zhǔn)確地打印出想要的內(nèi)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(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)、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(shù)也相對容易獲得,，因?yàn)樗�不需要特殊的生物打印設(shè)備或培養(yǎng)方法來保持組織健康,，并且可以使用顯微鏡、標(biāo)準(zhǔn)成像技術(shù)和該領(lǐng)域已經(jīng)常見的電極進(jìn)行深入研究,。


△研究人員Yuanwei Yan

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員希望探索專業(yè)化的潛力,，進(jìn)一步改進(jìn)他們的生物墨水并改進(jìn)他們的設(shè)備，以允許打印組織內(nèi)細(xì)胞的特定方向,。 目前,，改實(shí)驗(yàn)室使用的打印機(jī)是臺式商業(yè)化打印機(jī)，可以進(jìn)行一些專門的改進(jìn),，按需打印特定類型的腦組織,。

這項(xiàng)研究得到了 NIH-NINDS (NS096282、NS076352,、NS086604),、NICHD (HD106197、HD090256),、新加坡國家醫(yī)學(xué)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(xué)協(xié)調(diào) (ASAP-000301),、Bleser 家庭基金會和 Busta 基金會。