Команда ученых из Университета Висконсина-Мэдисона совершила революционный подвиг, создав первую функциональную 3D-печатную ткань мозга, которая имитирует развитие и связи реальной ткани человеческого мозга. Это замечательное достижение открывает новые возможности для изучения связи между клетками мозга и другими его частями, что может привести к усовершенствованию методов лечения таких неврологических заболеваний, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона.
Старший автор научной статьи, нейробиолог Су-Чун Чжан, считает, что этот прорыв может произвести революцию в биологии стволовых клеток, нейронауках и нашем понимании различных неврологических и психических расстройств. Метод, разработанный Чжаном и его командой, не требует специализированного оборудования для биопечати, что делает его доступным для многих лабораторий. Кроме того, ткань легко поддерживать и изучать с помощью общедоступных микроскопов и другого лабораторного оборудования.
Область 3D-биопечати, которая предполагает послойное создание живых структур с использованием материалов, клеток и других компонентов, обладает огромным потенциалом для создания тканей, близко напоминающих свои природные аналоги. Печатая ткани мозга по разработанному чертежу, исследователи могут получить ценные сведения о функционировании мозговой сети человека в определенных условиях.
Животные модели имеют ограничения, когда дело доходит до воспроизведения сложности человеческого мозга, что делает крайне важным создание надежных моделей живых нейронных тканей человека для изучения здоровья и болезней. Однако печать функциональных тканей человеческого мозга оказалась непростой задачей, поскольку в большинстве предыдущих попыток не удавалось установить правильные связи между клетками. Созревание нейронов при сохранении целостности структуры ткани, а также наличие поддерживающих клеток, таких как астроциты, необходимы для правильного функционирования ткани мозга.
Команда из Университета Висконсин-Мэдисон преодолела эти трудности, используя метод горизонтального наслоения вместо традиционного вертикального. Они использовали нейроны, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, и поместили их в более мягкий гель "биочернила". Через несколько недель напечатанные клетки ткани смогли сформировать сети, напоминающие мозг, как внутри слоев, так и между ними. Нейроны могли общаться, посылать сигналы, использовать нейротрансмиттеры и формировать сети с добавлением поддерживающих клеток.
Чжан объясняет, что ткань сохраняет достаточную структуру, чтобы держаться вместе, но при этом достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам прорастать друг в друга и устанавливать связи. Возможность печатать различные клетки из разных частей мозга и наблюдать за их специфическим взаимодействием - значительное преимущество этого метода. Напечатав кору головного мозга и стриатум, команда обнаружила, что аксоны, спроецированные в напечатанной ткани мозга, повторяют рисунок, найденный в человеческом мозге.
Этот метод 3D-печати обеспечивает точный контроль над типами и расположением клеток, в отличие от органоидов мозга, которые представляют собой миниатюрные органы, выращенные в лаборатории и используемые для исследования мозга. Имея в своем распоряжении этот новый инструмент, нейробиологи смогут лучше понять взаимодействие клеток в сложных сетях мозга.