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當(dāng)前位置:深圳市安培生物科技有限公司>>技術(shù)文章>>3D打印功能性人腦組織震撼問世
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!
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」使腦細胞(由誘導(dǎo)性多能干細胞分化而來)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「細胞精細排列」方法使細胞并排放置,,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胞(hPSC)打印的組織進行檢查,,發(fā)現(xiàn)皮質(zhì)神經(jīng)元成功表達皮質(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)表達水平,。打印后的第 30 天,,MAP2+神經(jīng)元和 GFAP+星形膠質(zhì)細胞表現(xiàn)出復(fù)雜形態(tài),,并且具有突觸蛋白表達和精細的活動過程。
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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