研究人员成功3D打印功能性人脑组织

人类大脑是通过将专门的神经元和神经胶质类型精确地连接到网络中而形成的。 了解人类神经网络的运作方式对于探索大脑的健康和疾病至关重要。 由于需要更可靠的人类神经组织来适应神经回路的动态功能评估，因此需要探索人类神经网络的运作方式。

一组研究人员来自 威斯康星大学麦迪逊分校 通过创建第一个能够与典型脑组织类似的生长和功能的 3D 打印脑组织，实现了突破性的壮举。 这一进展为研究大脑的科学家以及致力于治疗各种神经和神经发育障碍（包括诸如此类的疾病）的科学家带来了巨大的希望。 老年痴呆症 和帕金森病。

威斯康星大学麦迪逊分校魏斯曼中心神经科学和神经病学教授张苏春说： “这可能是一个非常强大的模型，可以帮助我们了解脑细胞和大脑的各个部分如何 脑 在人类中进行交流。 它可能会改变我们对干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的看法。”

与3D打印中传统的垂直分层方法不同，研究人员采用了水平方法。 他们将脑细胞，特别是来自诱导多能干细胞的神经元，放置在比之前的尝试更柔软的“生物墨水”凝胶中。

这种凝胶保持了足够的结构，使组织保持在一起，同时又足够柔软，使神经元能够相互生长并建立连接。 这 细胞 并排排列，就像桌面上并排放置的铅笔一样。

张实验室的科学家颜远伟说， “我们的组织保持相对较薄，这使得神经元很容易从生长介质中获得足够的氧气和足够的营养。”

研究成果非常显着——3D打印脑组织中的细胞可以有效地相互通信。 打印的单元延伸穿过周围的介质，在每个打印层内和不同层之间建立连接。 这会产生类似于人类大脑中的网络。 神经元进行通信和发送信号，通过神经递质相互作用，并建立复杂的网络，包括与纳入印刷组织中的支持细胞的连接。

“我们打印了大脑皮层和纹状体，我们的发现非常惊人，” 张 说。 “即使我们打印了属于大脑不同部分的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互交谈。”

“我们的实验室非常特别，因为我们能够随时产生几乎任何类型的神经元。 然后我们几乎可以随时以我们喜欢的方式将它们拼凑在一起。” 张说。 “因为我们可以通过设计打印组织，所以我们可以有一个明确的系统来观察我们的人脑网络如何运作。 我们可以非常具体地观察神经细胞在某些条件下如何相互通信，因为我们可以准确地打印出我们想要的内容。”

3D 打印脑组织所达到的精度为各种应用提供了高度的灵活性。 它可用于研究以下条件下的细胞信号传导 唐氏综合症健康组织和受阿尔茨海默病影响的邻近组织之间的相互作用，筛选潜在的新药候选物，甚至观察大脑的自然生长。

这一突破的一个重要方面是它可以进入许多实验室。 与某些生物打印方法不同，该技术不需要专门的设备或复杂的组织培养程序来维持组织健康。 可以使用显微镜、标准成像技术和该领域已经流行的电极等常用工具对其进行彻底研究。

虽然目前的成就引人注目，但研究人员的目标是更深入地研究专业化的可能性。 他们计划增强生物墨水并改进设备，以允许打印组织内细胞的特定方向，从而为更有针对性和更详细的研究开辟新途径。

期刊参考：

2024-02-05 08:49:49
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