Οι επιστήμονες έχουν βιοεκτυπώσει τρισδιάστατα τον λειτουργικό ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό

Οι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει «οργανοειδή» του εγκεφάλου εδώ και χρόνια, αλλά υπάρχουν περιορισμοί στους μικροσκοπικούς πολιτισμούς που καλλιεργούνται στο εργαστήριο. Ένα από τα πιο απογοητευτικά ζητήματα είναι η έλλειψη ελέγχου του σχεδιασμού τους, η οποία συχνά περιορίζει τη λειτουργικότητα και τη χρήση ενός οργανοειδούς. Αν και οι

ερευνητές

υποψιάζονταν από καιρό ότι η τρισδιάστατη εκτύπωση θα μπορούσε να προσφέρει μια λύση, η λύση έχει μέχρι στιγμής αποδειχθεί δύσκολη και αναποτελεσματική. Ωστόσο, μια νέα

καινοτομία

στην

παραγωγή

θα μπορούσε να λύσει το μακροχρόνιο εμπόδιο και μια μέρα να προσφέρει

νέο

υς τρόπους εξερεύνησης θεραπείας για ασθένειες όπως το Πάρκινσον και το Αλτσχάιμερ.

Όπως αναλυτικά στο νέο τεύχος του περιοδικού


Βλαστοκύτταρο κυττάρων


, ερευνητές του Πανεπιστημίου του Wisconsin-Madison ανέπτυξαν μια νέα προσέγγιση τρισδιάστατης εκτύπωσης για τη δημιουργία πολιτισμών που αναπτύσσονται και λειτουργούν παρόμοια με τον εγκεφαλικό ιστό. Ενώ η παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση περιλαμβάνει την κατακόρυφη τοποθέτηση «βιομελάνης» κάθετα σαν κέικ, η ομάδα ανέθεσε στη μηχανή της να εκτυπώνει οριζόντια, σαν να παίζει ντόμινο.

Σχετίζεται με:


Ένα βιοτσιπ «εγκεφαλικού οργανοειδούς» εμφάνιζε σοβαρή αναγνώριση φωνής και μαθηματικές δεξιότητες


.]

Οπως και


Νέος Άτλας

εξηγεί

, οι ερευνητές τοποθέτησαν νευρώνες που αναπτύχθηκαν από πολυδύναμα βλαστοκύτταρα (αυτά που μπορούν να γίνουν πολλαπλοί διαφορετικοί τύποι κυττάρων) σε ένα νέο τζελ βιο-μελάνης κατασκευασμένο με ινωδογόνο και θρομβίνη, βιοϋλικά που εμπλέκονται στην πήξη του αίματος. Η προσθήκη άλλων υδρογελών βοήθησε στη συνέχεια να χαλαρώσει η βιομελάνη για να λυθούν τα 3 που συναντήθηκαν κατά τη διάρκεια προηγούμενων πειραμάτων ιστού με 3D εκτύπωση.

Σύμφωνα με τον Su-Chun Zhang, επικεφαλής της έρευνας και καθηγητή νευροεπιστήμης και νευρολογίας στο UW-Madison, ο ιστός που προκύπτει είναι αρκετά ανθεκτικός ώστε να διατηρεί τη δομή του, αλλά και αρκετά εύπλαστος ώστε να επιτρέπει επαρκή επίπεδα πρόσληψης οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών για τους νευρώνες.

«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», εξηγεί ο Zhang σε ένα

πρόσφατο πανεπιστημιακό προφίλ

.

Λόγω της οριζόντιας κατασκευής τους, τα νέα κύτταρα ιστών σχημάτισαν συνδέσεις όχι μόνο μέσα σε κάθε στρώμα, αλλά και κατά μήκος τους, όπως και οι ανθρώπινοι νευρώνες. Οι νέες δομές θα μπορούσαν να αλληλεπιδράσουν χάρη στην παραγωγή νευροδιαβιβαστών και ακόμη και να δημιουργήσουν υποστηρικτικά κυτταρικά δίκτυα μέσα στον τρισδιάστατο εκτυπωμένο ιστό.

Σε αυτά τα πειράματα, η ομάδα εκτύπωσε καλλιέργειες τόσο του εγκεφαλικού φλοιού όσο και του ραβδωτού σώματος. Αν και είναι υπεύθυνος για πολύ διαφορετικές λειτουργίες—η πρώτη σχετίζεται με τη σκέψη, τη γλώσσα και την εθελοντική κίνηση.

Το

τελευταίο συνδέεται με οπτικές πληροφορίες – οι δύο ιστοί που εκτυπώθηκαν με 3D μπορούσαν ακόμα να επικοινωνούν, «με έναν πολύ ιδιαίτερο και συγκεκριμένο τρόπο»,

είπε ο Ζανγκ

.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι η τεχνική τους δεν περιορίζεται στη δημιουργία μόνο αυτών των δύο τύπων πολιτισμών, αλλά υποθετικά «σχεδόν οποιουδήποτε τύπου νευρώνων [sic] ανά πάσα στιγμή», σύμφωνα με τον Zhang. Αυτό σημαίνει ότι η μέθοδος τρισδιάστατης εκτύπωσης θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει στη μελέτη του τρόπου με τον οποίο υγιή τμήματα του εγκεφάλου αλληλεπιδρούν με μέρη που επηρεάζονται από το Αλτσχάιμερ, εξετάζοντας τις οδούς κυτταρικού σήματος στο σύνδρομο Down, καθώς και τη χρήση ιστού για τη δοκιμή νέων φαρμάκων.

«Ο εγκέφαλός μας λειτουργεί σε δίκτυα», εξήγησε ο Zhang. «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».