První funkční lidská mozková tkáň vytištěná na 3D tiskárně roste jako skutečná
Vědci použili novou techniku 3D tisku mozkové tkáně, jejíž buňky se během několika týdnů vyvinuly ve funkční neurony, které spolu komunikují. Tvrdí, že tento postup by se dal využít ke studiu zdravých a nezdravých mozků, k testování léků nebo k prostému pozorování vývoje mozku.
Vytvoření orgánu co nejpodobnějšího skutečnému je nezbytné pro výzkum zkoumající patologii nemocí a testování nových léků. Mozek představuje zvláštní výzvu, včetně toho, že neurony vypěstované v laboratoři musí vytvořit funkční spojení a mozková tkáň musí podporovat složitou, ale jemnou architekturu.
Výzkumníci z University of Wisconsin-Madison (UW-Madison) úspěšně vytiskli 3D mozkovou tkáň, která roste a funguje jako typický mozek, píše portál Newatlas.
„Mohl by to být nesmírně účinný model, který nám pomůže pochopit, jak mozkové buňky a části mozku komunikují u lidí,“ uvedl Su-Chun Zhang, odpovídající autor studie. „Mohlo by to změnit náš pohled na biologii kmenových buněk, neurovědu a patogenezi mnoha neurologických a psychiatrických poruch.“
Cílem výzkumníků bylo zkonstruovat vrstevnatou nervovou tkáň, v níž nervové progenitorové buňky (NPC) dozrávají a vytvářejí spojení (synapse) uvnitř vrstev i mezi nimi při zachování struktury. Jako „bio-ink“ neboli biomateriál používaný pro tisk tkání zvolili fibrinový hydrogel sestávající především z fibrinogenu a trombinu, protože je biokompatibilní s nervovými buňkami. Fibrinogen i trombin hrají roli při srážení krve.
Přestože vytištěné buňky zůstaly v rámci svých určených vrstev, neurony vytvořily funkční synaptická spojení ve vrstvách i mezi nimi během dvou až pěti týdnů po vytištění.
„Tkáň má stále dostatečnou strukturu, aby držela pohromadě, ale je dostatečně měkká na to, aby neurony do sebe prorostly a začaly spolu komunikovat,“ řekl Zhang. „Naše tkáň zůstává relativně tenká, a to usnadňuje neuronům dostatek kyslíku a živin z růstového média.“
Výzkumníci vyzkoušeli tisk mozkové tkáně s použitím různých kombinací buněk v bio-inkoustu.
Vědci tvrdí, že jejich přístup nabízí přesnost ohledně typů a uspořádání buněk, kterou organoidy a jiné metody tisku nenabízejí. Technika tisku navíc nevyžaduje speciální vybavení ani kultivační metody pro udržení zdravé tkáně, což znamená, že by měla být dostupná pro mnoho laboratoří.
„Naše laboratoř je výjimečná tím, že jsme schopni kdykoli vyrobit prakticky jakýkoli typ neuronů,“ řekl Zhang. „Pak je můžeme téměř kdykoli a jakýmkoli způsobem poskládat dohromady. Protože můžeme tisknout tkáň podle návrhu, můžeme mít definovaný systém, abychom se podívali, jak funguje naše lidská mozková síť. Můžeme se velmi konkrétně podívat na to, jak spolu nervové buňky za určitých podmínek komunikují, protože můžeme vytisknout přesně to, co chceme.“
Existují plány na zdokonalení biologického inkoustu a zařízení, které umožní specifickou orientaci buněk v jejich tištěné tkáni.
„V tuto chvíli je naše tiskárna stolní komerční tiskárna,“ řekl hlavní autor studie Yuanwei Yan. „Můžeme provést některá specializovaná vylepšení, která nám pomohou vytisknout specifické typy mozkové tkáně na požádání.“
Vědci tvrdí, že jejich vytištěná mozková tkáň by mohla být použita ke studiu buněčné signalizace u Downova syndromu, interakcí mezi zdravou tkání a tkání postiženou Alzheimerovou chorobou, k testování nových kandidátů na léky nebo jednoduše ke sledování vývoje mozku.
„V minulosti jsme se často dívali na jednu věc najednou, což znamená, že nám často unikly některé kritické komponenty,“ řekl Zhang. „Náš mozek funguje v sítích. Chceme takto tisknout mozkovou tkáň, protože buňky nefungují samy o sobě. Mluví spolu navzájem. Takto funguje náš mozek a je třeba ho takto studovat celý, abychom mu skutečně porozuměli.“