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    3D打印功能性人腦組織震撼問世

    發(fā)布時間: 2024-03-07  點擊次數(shù): 576次

    3D打印在過去聽起來像天方夜潭,但現(xiàn)在3D打印心臟支架,替代骨骼等已經(jīng)有了臨床上的應(yīng)用, 為我們帶來很多以前難以想象的驚喜。通常認(rèn)為只有相對硬一些的材料可被3D打印出來,而大腦、肺等軟組織,很難通過3D打印技術(shù)獲得。是因為3D打印過程通常涉及逐層建造物體,下層需要能支撐不斷增長的結(jié)構(gòu)重量,打印非常柔軟的材料,容易出現(xiàn)底層材料崩塌問題。但是近年來,3D打印技術(shù)已經(jīng)開始逐漸應(yīng)用到神經(jīng)外科的臨床工作中,并有了較為成功的嘗試,有望為神經(jīng)疾病研究帶來巨大挈機(jī)!


    2024年2月1日,來自美國威斯康星大學(xué)的研究人員在Cell Stem Cell發(fā)表了關(guān)于3D打印腦組織方面的研究,并成功研發(fā)出能夠生長并且可發(fā)揮功能的人造腦組織,該研究標(biāo)志著人們在神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育障礙研究領(lǐng)域邁出了非常關(guān)鍵的一步!


    1. 采用先進(jìn)的 3D 打印技術(shù)打印人類神經(jīng)組織

    傳統(tǒng)的 3D 打印方法往往限制了對細(xì)胞類型的控制,在打印腦組織方面一直沒有取得突破。本研究中,科學(xué)家們采用了全新的三維打印技術(shù),其關(guān)鍵特色在于采用「水平層疊法」使腦細(xì)胞(由誘導(dǎo)性多能干細(xì)胞分化而來)能夠更好地相互連接和溝通。此外,他們也開發(fā)出了更柔軟的「生物墨水」從而為神經(jīng)元生長和相互交流提供了更好的環(huán)境條件。此外,他們還通過「細(xì)胞精細(xì)排列」方法使細(xì)胞并排放置,使得它們能夠充分獲取氧氣和營養(yǎng)。


    2. 神經(jīng)元亞型在 3D 打印組織中形成功能網(wǎng)絡(luò)

    在打印后第 15 天,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)打印的皮質(zhì)和紋狀體神經(jīng)元保持良好。打印后第 60 天,他們通過對人類多能干細(xì)胞(hPSC)打印的組織進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)神經(jīng)元成功表達(dá)皮質(zhì)轉(zhuǎn)錄因子 TBR1、CTIP2 和 SATB2,同時還觀察到 γ-氨基丁酸(GABA)亞型。表明 3D 打印的大腦能夠形成網(wǎng)絡(luò)并通過神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行溝通,類似于人類大腦的交流方式。此外,打印出的神經(jīng)元能夠相互溝通、發(fā)送信號、通過神經(jīng)遞質(zhì)相互作用,且細(xì)胞也可以跨越打印層相互連接,形成與人類大腦相似的網(wǎng)絡(luò)。


    3. 3D 打印的人類神經(jīng)組織適合模擬病理過程

    為了進(jìn)一步評估上述 3D 打印組織是否適合于檢查病理過程,科學(xué)家們還以亞歷山大病(AxD,一種由 GFAP 基因突變引起的神經(jīng)退行性疾病)為例,在功能水平上評估了 3D 打印中的神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細(xì)胞的相互作用。發(fā)現(xiàn)在打印后第 20 天,打印的 AxD 組織顯示出比對照組更低的谷氨酸轉(zhuǎn)運體 1(GLT-1)表達(dá)水平。打印后的第 30 天,MAP2+神經(jīng)元和 GFAP+星形膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)出復(fù)雜形態(tài),并且具有突觸蛋白表達(dá)和精細(xì)的活動過程。


    總的來說,該研究成功打印出能生長并發(fā)揮功能的人造腦組織,通過水平層疊法和更柔軟的生物墨水使神經(jīng)元能夠相互連接并形成類似于人類大腦結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),從而為神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育障礙研究提供了強(qiáng)有力的新工具,為研究大腦功能和疾病提供了從來未有的機(jī)會,同時也為探究大腦發(fā)育以及阿爾茨海默病和帕金森并等神經(jīng)疾病研究開拓了新的途徑!


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