3D-друк тканин мозку став реальністю завдяки успішному експерименту

Клітини всередині тканини можуть рости і утворювати зв’язки одна з одною.

Вперше у світі вчені з Університету Вісконсін-Медісон успішно надрукували на 3D-принтері тканину людського мозку, яка може рости і функціонувати, як справжня.

“Це може стати надзвичайно потужною моделлю, яка допоможе нам зрозуміти, як клітини та частини мозку взаємодіють у людини”, – сказав професор неврології та неврології Університету Вісконсін-Медісон Су-Чун Чжан, старший автор дослідження, – “Це може змінити наші уявлення про біологію стовбурових клітин та патологію багатьох психічних захворювань. “Це може змінити наш погляд на біологію стовбурових клітин, неврологію та патогенез багатьох неврологічних і психіатричних розладів”.

Цей прорив може стати універсальним та ефективним інструментом для дослідників, які вирішують деякі з найбільших викликів у неврології сьогодні, такі як пошук методів лікування таких захворювань, як хвороба Альцгеймера та Паркінсона.

За останні роки технологія 3D-друку досягла значних успіхів, створивши безліч вражаючих застосувань. Якщо вашій домашній черепасі потрібні колеса, ви хочете приготувати смачну вечерю з двох страв або спостерігати, як змієподібний робот тягнеться до світла, 3D-друк може допомогти вам у цьому.

Але, незважаючи на безліч застосувань, спроби 3D-друку тканин мозку мали обмежений успіх. Інновація з’явилася, коли команда з Університету штату Медісон вирішила буквально перевернути проблему з ніг на голову.

Замість того, щоб накладати шари вертикально, як це відбувається при традиційному 3D-друці, вони вирішили працювати горизонтально. Вони виростили клітини мозку з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, виклавши їх як ряд олівців у м’якому гелі, який вони назвали “біо-чорнило”.

“Тканина все ще має достатню структуру, щоб триматися разом, але вона досить м’яка, щоб дозволити нейронам вростати один в одного і починати розмовляти один з одним”, – пояснив Чжан, що є життєво важливим, якщо ви хочете, щоб ваша тканина могла рости і розвиватися так, як це відбувається в людському організмі.

“Наша тканина залишається відносно тонкою, і це дозволяє нейронам легко отримувати достатню кількість кисню і поживних речовин з живильного середовища”, – додає перший автор дослідження Юаньвей Ян.

Нейрони можуть проникати крізь кожен надрукований шар гелю, утворюючи зв’язки всередині і між собою, подібно до павутини складних з’єднань всередині мозку. Вони можуть надсилати сигнали, формувати мережі та взаємодіяти, вивільняючи нейромедіатори. Команда навіть додала в тканину ще один тип клітин – астроцити – для взаємодії нейронів.

“Наша лабораторія особлива тим, що ми можемо створювати практично будь-який тип нейронів у будь-який час. А потім ми можемо зібрати їх докупи майже в будь-який час і в будь-який спосіб, який нам подобається”, – каже Чжан.

Автори кажуть, що такий рівень точності і контролю виходить за рамки того, що можливо з так званими “міні-мозками”, органоїдами людського мозку, вирощеними зі стовбурових клітин. Далі вони протестували свою систему 3D-друку, створивши тканини з двох різних ділянок мозку.

“Ми надрукували кору головного мозку і смугасте тіло, і те, що ми виявили, було вражаючим. Навіть коли ми надрукували різні клітини, що належать до різних частин мозку, вони все одно були здатні розмовляти одна з одною в дуже особливий і специфічний спосіб”, – пояснив Чжан.

Команда сподівається, що їхня методика стане доступною для багатьох інших лабораторій, оскільки вона не потребує багато складного обладнання, але вони також працюють над вдосконаленням для більш спеціалізованих застосувань.

“У минулому ми часто дивилися на щось одне, а це означає, що ми часто пропускали деякі критичні компоненти, – каже Чжан. “Наш мозок працює в мережах. Ми хочемо друкувати тканину мозку таким чином, тому що клітини не працюють самі по собі. Вони спілкуються одна з одною. Саме так працює наш мозок, і його потрібно вивчати весь разом, щоб по-справжньому зрозуміти його”.