Ο τρισδιάστατος ιστός εγκεφάλου είναι πλέον πραγματικότητα χάρη στην πρώτη παγκόσμια ανακάλυψη

Σε μια παγκόσμια πρωτοτυπία, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison εκτύπωσαν με επιτυχία τρισδιάστατο ανθρώπινο ιστό εγκεφάλου που μπορεί να αναπτυχθεί και να λειτουργεί όπως ο πραγματικός.

«Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό μοντέλο για να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς επικοινωνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα και τα μέρη του εγκεφάλου στους ανθρώπους», δήλωσε ο καθηγητής νευροεπιστήμης και νευρολογίας στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison Su-Chun Zhang, ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης. δήλωση. «Θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που βλέπουμε τη βιολογία των βλαστοκυττάρων, τη νευροεπιστήμη και την παθογένεια πολλών νευρολογικών και ψυχιατρικών διαταραχών».

Η ανακάλυψη έχει τη δυνατότητα να προσφέρει ένα ευέλικτο και αποτελεσματικό εργαλείο για τους ερευνητές που αντιμετωπίζουν μερικές από τις μεγαλύτερες προκλήσεις στη νευροεπιστήμη σήμερα, όπως το κυνήγι για θεραπείες για ασθένειες όπως το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον.

Η τεχνολογία της τρισδιάστατης εκτύπωσης έχει κάνει άλματα τα τελευταία χρόνια, δημιουργώντας μια σειρά από εντυπωσιακές εφαρμογές. Είτε η χελώνα σας χρειάζεται ένα σετ τροχών, είτε θέλετε να μαγειρέψετε ένα υπέροχο γεύμα δύο πιάτων είτε θέλετε να παρακολουθήσετε ένα ρομπότ που μοιάζει με φίδι να μεγαλώνει προς το φως, η τρισδιάστατη εκτύπωση μπορεί να σας βοηθήσει σε αυτό.

Όμως, παρά τις πολλές χρήσεις του, οι προσπάθειες για τρισδιάστατη εκτύπωση εγκεφαλικού ιστού είχαν περιορισμένη επιτυχία. Η καινοτομία ήρθε όταν η ομάδα στο UW-Madison αποφάσισε κυριολεκτικά να ανατρέψει το πρόβλημα.

Αντί να στοιβάζουν τα στρώματα κάθετα, όπως συμβαίνει στην παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση, αποφάσισαν να εργαστούν οριζόντια. Μεγάλωσαν εγκεφαλικά κύτταρα από επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, τοποθετώντας τα σαν μια σειρά από μολύβια μέσα σε ένα μαλακό τζελ που το ονομάζουν «βιο-μελάνη».

«Ο ιστός έχει ακόμα αρκετή δομή για να συγκρατείται, αλλά είναι αρκετά μαλακός ώστε να επιτρέπει στους νευρώνες να αναπτυχθούν μεταξύ τους και να αρχίσουν να μιλάνε μεταξύ τους», εξήγησε ο Zhang, κάτι που είναι ζωτικής σημασίας εάν θέλετε ο ιστός σας να μπορεί να αναπτυχθεί και να αναπτυχθεί. όπως θα γινόταν μέσα σε ένα ανθρώπινο σώμα.

«Ο ιστός μας παραμένει σχετικά λεπτός και αυτό διευκολύνει τους νευρώνες να λαμβάνουν αρκετό οξυγόνο και αρκετά θρεπτικά συστατικά από τα μέσα ανάπτυξης», πρόσθεσε ο πρώτος συγγραφέας Yuanwei Yan.

Οι νευρώνες μπορούν να φτάσουν μέσα από κάθε τυπωμένο στρώμα γέλης, σχηματίζοντας συνδέσμους μέσα και μεταξύ τους σαν τον ιστό περίπλοκων συνδέσεων μέσα στον εγκέφαλο. Μπορούν να στέλνουν σήματα, να σχηματίζουν δίκτυα και να αλληλεπιδρούν απελευθερώνοντας νευροδιαβιβαστές. Η ομάδα πρόσθεσε ακόμη και έναν άλλο τύπο κυττάρου – αστροκύτταρα – στον ιστό για να συνδεθούν οι νευρώνες.

«Το εργαστήριό μας είναι πολύ ιδιαίτερο καθώς είμαστε σε θέση να παράγουμε σχεδόν οποιοδήποτε τύπο νευρώνων ανά πάσα στιγμή. Τότε μπορούμε να τα συνδυάσουμε σχεδόν οποιαδήποτε στιγμή και με όποιον τρόπο θέλουμε», είπε ο Zhang.

Οι συγγραφείς λένε ότι αυτό το επίπεδο ακρίβειας και ελέγχου είναι πέρα ​​από αυτό που είναι δυνατό με τους λεγόμενους «μίνι εγκεφάλους», οργανοειδή ανθρώπινου εγκεφάλου που αναπτύσσονται από βλαστοκύτταρα. Περαιτέρω δοκίμασαν το σύστημα τρισδιάστατης εκτύπωσης τους, παράγοντας ιστούς από δύο διακριτές περιοχές του εγκεφάλου.

Ερυθρά κύτταρα του φλοιού και πράσινα ραβδωτά κύτταρα μπορούν να φανούν σε αυτήν τη σάρωση ορισμένων εκτυπωμένων με 3D ιστών.

Πίστωση εικόνας: Waisman Center, University of Wisconsin-Madison

«Τυπώσαμε τον εγκεφαλικό φλοιό και το ραβδωτό σώμα και αυτό που βρήκαμε ήταν αρκετά εντυπωσιακό. Ακόμη και όταν εκτυπώσαμε διαφορετικά κύτταρα που ανήκαν σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, ήταν ακόμα σε θέση να μιλούν μεταξύ τους με έναν πολύ ιδιαίτερο και συγκεκριμένο τρόπο», εξήγησε ο Zhang.

Η ομάδα ελπίζει ότι η τεχνική τους θα είναι προσβάσιμη σε πολλά άλλα εργαστήρια, καθώς δεν χρειάζεται πολύ φανταχτερό εξοπλισμό, αλλά εργάζονται επίσης σε βελτιώσεις για πιο εξειδικευμένες εφαρμογές.

«Στο παρελθόν, κοιτούσαμε συχνά ένα πράγμα τη φορά, πράγμα που σημαίνει ότι συχνά χάνουμε ορισμένα κρίσιμα στοιχεία», είπε ο Zhang. «Ο εγκέφαλός μας λειτουργεί σε δίκτυα. Θέλουμε να εκτυπώσουμε εγκεφαλικό ιστό με αυτόν τον τρόπο, επειδή τα κύτταρα δεν λειτουργούν από μόνα τους. Μιλάνε μεταξύ τους. Έτσι λειτουργεί ο εγκέφαλός μας και πρέπει να τον μελετήσουμε όλοι μαζί έτσι για να το καταλάβουμε πραγματικά».

Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Cell Stem Cell.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *