3D-биопечать впервые собирает функциональную ткань человеческого мозга  

Ученые разработали платформу для 3D-биопечати, позволяющую создавать функциональные человеческие нервные ткани. Клетки-предшественники в напечатанных тканях растут, образуя нейронные цепи и устанавливая функциональные связи с другими нейронами, имитируя таким образом естественные ткани головного мозга . Это значительный прогресс в тканевой инженерии нервной системы и в технологии 3D-биопечати. ​​Такие биопечатные нервные ткани могут быть использованы для моделирования заболеваний человека (таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и др.), вызванных нарушением работы нейронных сетей. Любое исследование заболеваний головного мозга требует понимания того, как функционируют человеческие нейронные сети.

3D-биопечать — это аддитивный процесс, при котором подходящий природный или синтетический биоматериал (биочернила) смешивается с живыми клетками и послойно печатается в виде трехмерных структур, имитирующих естественные ткани. Клетки растут в биочернилах, и структуры развиваются, имитируя естественные ткани или органы. Эта технология нашла применение в регенеративной медицине для биопечати клеток, тканей и органов, а также в исследованиях в качестве модели для изучения человеческого организма in vitro , в частности, нервной системы человека .

Изучение нервной системы человека сталкивается с ограничениями из-за недоступности первичных образцов. Модели на животных полезны, но страдают от видоспецифических различий, поэтому крайне важно использовать модели нервной системы человека in vitro для исследования того, как функционируют нейронные сети человека , с целью поиска методов лечения заболеваний, связанных с нарушением работы нейронных сетей.

В прошлом человеческие нервные ткани создавались методом 3D-печати с использованием стволовых клеток, однако им не удавалось сформировать нейронную сеть. Напечатанные ткани по ряду причин не демонстрировали образования связей между клетками. Теперь эти недостатки преодолены.

В недавнем исследовании ученые выбрали фибриновый гидрогель (состоящий из фибриногена и тромбина) в качестве основных биочернил и планировали напечатать слоистую структуру, в которой клетки-предшественники могли бы расти и формировать синапсы внутри и между слоями. Однако они изменили способ укладки слоев во время печати. ​​Вместо традиционного вертикального укладки слоев они выбрали горизонтальную печать слоев рядом друг с другом. По-видимому, это и стало решающим фактором. Их платформа для 3D-биопечати позволила собрать функциональную человеческую нервную ткань. В отличие от других существующих платформ, напечатанная на этой платформе человеческая нервная ткань сформировала нейронные сети и функциональные связи с другими нейронами и глиальными клетками внутри и между слоями. Это первый подобный случай и значительный шаг вперед в тканевой инженерии нервной ткани. Лабораторный синтез нервной ткани, имитирующей по функциям мозг, звучит многообещающе. Этот прогресс, безусловно, поможет исследователям в моделировании заболеваний головного мозга, вызванных нарушением работы нейронной сети, чтобы лучше понять механизм и найти возможное лечение.

Ссылки:  

1. Кадена М., и др. 2020. 3D-биопечать нервных тканей. Advanced Healthcare Materials, том 10, выпуск 15, 2001600. DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202001600 

2. Ян Ю., и др. 2024. 3D-биопечать человек нервные ткани с функциональной связностью. Технология клеточных стволовых клеток| Том 31, выпуск 2, P260-274.E7, 01 февраля 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.009