ПРИНТЕР МОЗГА ⟩ Напечатанная на 3D-принтере ткань мозга работает как надо и может лечить серьезные заболевания

В США достигнут значительный прорыв - напечатана рабочая ткань коры и темени головного мозга, которая может быть использована в экспериментах по разработке методов лечения неврологических заболеваний. В будущем, возможно, удастся использовать аналогичный метод для восстановления поврежденных тканей человеческого мозга. Рисунок иллюстративный. Фото: Pete Linforth / Pixabay

• Ученым из Университета Висконсин-Мэдисон удалось распечатать работающую ткань мозга
• Изобретение может быть использовано при лечении болезней Паркинсона и Альцгеймера

Команда ученых из Университета Висконсина-Мэдисон разработала первую в мире 3D-напечатаную ткань мозга, которая может расти и функционировать подобно некоторым типичным частям человеческого мозга. Это достижение имеет значительное влияние на исследования мозга и может даже помочь в разработке методов лечения некоторых неврологических заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

По словам нейробиолога университета Су-Чунь Чжана и другого ученого из той же лаборатории Юаньвэя Яна, предыдущие методы печати при работе с тканью мозга были менее успешными, но новое решение позволяет нервным клеткам выживать. Группа, стоящая за новым процессом 3D-печати, описала свой усовершенствованный метод в журнале Cell Stem Cell.

Ученые, в частности, разработали платформу для 3D-печати, чтобы собрать ткани определенного типа человеческих нервных клеток желаемого размера с помощью коммерческого биопринтера.

Напечатанные нейрональные предшественники разделяются на отдельные нейроны и формируют в слоях ткани нервные цепи, способные обеспечивать связь между нейронами. Однако этот процесс не очень быстр и требует недель ожидания.

Напечатанные предшественники развиваются в зрелые астроциты благодаря разработанным процессам и формируют сети нейронов и астроцитов.

Выращенные нервные ткани полезны для понимания функционирования человеческих нервных сетей, моделирования патологических процессов и как платформа для тестирования лекарств, как объясняется в исследовании.

Так выглядит модель распечатанной ткани мозга. В дальнейшем распечатка может быть использована как для экспериментов по изучению работы человеческого мозга, так и для разработки методов лечения заболеваний. Фото: teadustöö / Wisconsini-Madisoni ülikool

Размеры напечатанной ткани являются одним из наиболее важных ключевых факторов при планировании 3D-биопечати. Лимит диффузии кислорода для таких тканей ограничен примерно 100-200 микрометрами. Более толстые слои ограничивают передачу кислорода и питательных веществ, вредя напечатанным нервным клеткам и их росту.

По мнению ученых, идеальная толщина напечатанной ткани мозга составляла примерно 100-200 микрометров. Учитывая также сложность последующих анализов, толщину ткани дополнительно сократили до 50 микрометров. В отличие от традиционных методов вертикального слоения тканей, слои были сконструированы горизонтально, друг за другом. Таким образом, удалось создать относительно тонкую, но в то же время многослойную и функциональную нервную ткань с определенным клеточным составом и желаемыми размерами.

Такой кусок ткани можно легко поддерживать и анализировать в обычной лаборатории.

Нейронным сетям на изображении 39 дней. Их выращивали в фибриновом геле, где часть клеток неизбежно погибала, но выжившим удалось сформировать функциональные связи. Фото: teadustöö / Wisconsini-Madisoni ülikool

«Такая ткань все еще обладает достаточной структурой, чтобы держаться вместе, но в то же время она достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам срастаться и общаться друг с другом», - сказал Чжан.

Ультратонкая ткань мозга является легкой средой для роста нейронов, где достаточно кислорода и питательных веществ.

Результаты говорят сами за себя: клетки, выданные биопринтером, формировали связи как внутри каждого напечатанного слоя, так и между слоями, создавая сети, довольно схожие с сетями человеческого мозга. Нейроны общаются, отправляют друг другу сигналы и даже формируют надежные связанные цепи вместе с поддерживающими клетками, которые также были добавлены в напечатанную ткань.

«Мы напечатали часть коры головного мозга и белое вещество, и то, что получилось, было весьма примечательным», - добавляет Чжан. Таким образом, некоторые важные части мозга уже можно довольно успешно напечатать на 3D-принтере.

Хотя пока принтер вряд ли сможет заменить человеческий мозг, ученые, проводившие испытания, верят, что созданные искусственные ткани имеют очень важное значение для нейронаук.

Напечатанную ткань, например, можно использовать для исследования передачи сигналов между клетками мозга при синдроме Дауна, изучения взаимодействия между здоровыми тканями и тканями, пораженными болезнью Альцгеймера, тестирования новых лекарств или даже для наблюдения за ростом мозга.

В то же время, вероятно, в более отдаленном будущем будет возможно восстанавливать утраченные или поврежденные ткани мозга. Технология 3D-печати, по крайней мере, открывает двери к такой возможности, хотя сейчас основное внимание уделяется созданию инструмента исследования для нейронаук и фармацевтической промышленности.