Дослідники з університету Вісконсину в Медісоні завдяки 3D-друку створили першу функціональну мозкову тканину, яка може розвиватися й формувати звʼязки так само, як і людська.
Дослідження опублікували в науковому журналі Cell Stem Cell.
Це відкриття надає нейробіологам новий інструмент для вивчення звʼязку між клітинами людського мозку та іншими його частинами. Це потенційно може допомогти віднайти ефективніші способи лікування таких хвороб, як хвороби Альцгеймера та Паркінсона.
«Це може змінити наш погляд на біологію стовбурових клітин, нейронауку та патогенез багатьох неврологічних і психіатричних розладів», — коментує дослідження його керівник, нейробіолог Су-Чун Чжан.
Для того щоб створити мозкову тканину, вчені виготовили на 3D-принтері каркаси з гелю, а потім висівали на них живі клітини. Це не типовий 3D-біодрук, за якого живі клітини осаджують разом із біочорнилом.
Перші спроби виявилися невдалими — вчені використовували більш жорсткий гель, який не піддається біологічному розкладанню. Через це нервові клітини не розподілялися рівномірно й утворювали великі та товсті агрегати або кластери клітин.
Вчені досягли успіху, спробувавши замість звичайного вертикального шарування біоматеріалу укладати шари горизонтально. Вони помістили нейрони, вирощені з індукованих плюрипотентних стовбурових клітин, у більш мʼякий гель, ніж той, що використовували для попередніх спроб.
«Тканина досі має достатньо щільну структуру, щоб триматися разом, при цьому вона доволі мʼяка, що дозволяє нейронам спілкуватися один з одним і формувати звʼязки», — каже Чжан.
Чжан і його команда вважають, що багато лабораторій зможуть використовувати їхній новий метод, оскільки він не потребує спеціального обладнання для біодруку.
За словами одного з науковців, тканина залишається відносно тонкою, що дозволяє нейронам отримувати достатньо кисню й поживних речовин із середовища росту.
Їхні надруковані тканини можуть утворювати мережі, схожі на мозкові, всередині та поміж шарами всього за кілька тижнів. Нейрони спілкуються, надсилають сигнали, використовують нейромедіатори і навіть утворюють мережі з додатковими опорними клітинами.
«Ми надрукували кору головного мозку та смугасте тіло, і те, що ми виявили, було досить вражаючим: різні клітини, що належать до різних частин мозку досі могли розмовляти одна з одною дуже особливим і специфічним способом», — каже Чжан.
Роздруковану мозкову тканину можна використовувати для вивчення сигналів між нейронами за синдрому Дауна; взаємодії між здоровою тканиною та сусідньою, ураженою хворобою Альцгеймера; тестування нових препаратів або навіть спостереження за ростом мозку.