巴西研究人员开发出3D打印脑细胞的新方法，存活时长达两周以上

2022年2月9日，南极熊获悉，来自巴西圣保罗联邦大学（UNIFESP）的研究人员开发了一种新的方法来3D打印脑细胞，这些脑细胞在打印后能够存活至少14天。

在圣保罗研究基金会（FAPESP）研究经费的资助下，这项研究制造出了一个据说比现有方案更类似于神经组织的模型，它可以用来更好地了解神经细胞与中枢神经系统疾病有关的功能。

研究人员还在利用他们的新方法探索未来可用于修复因创伤或中风而受损的大脑区域的材料。

UNIFESP医学院教授、该论文的共同作者Marimelia Porcionatto告诉FAPESP："在生物体内，细胞是三维的，但在实验室里生长时，它们在塑料上面，在培养基下面。这与组织或器官的自然组织非常不同，在那里，细胞是以三维方式排列的。我们开发的生物墨水试图重现细胞和微环境以及其他细胞之间的关系，这是一个介于2d培养和动物实验之间的系统。"

△生物墨水配置过程

3D打印神经细胞

星形细胞是神经系统中最丰富的细胞，在许多神经过程和影响大脑的疾病中发挥着重要作用。这些特殊的细胞构成了研究人员的研究基础，但他们开发的过程也可以适用于研究其他细胞类型。

例如，作为FAPESP资助的另一个项目的一部分，该团队目前正在使用该方法分析被SARS-CoV-2（导致Covid-19的病毒）感染的星形胶质细胞和神经元。

负责该研究的第一作者Bruna Alice Gomes de Melo说："我们正在测试不同的生物材料与神经组织细胞--神经元和神经干细胞以及星形胶质细胞的兼容性。生物打印是组织工程中的一项最新技术，而神经组织细胞特别敏感，所以这个方案对研究人员处理星形胶质细胞和其他脑细胞以及处理其他细胞类型的研究人员都很有用。"

新方法包括利用3D Biotechnology Solutions公司的一台基于挤压的3D打印机，3D打印一种充满星形胶质细胞的新型生物墨水，以形成一个类似神经的组织结构。生物墨水本身是由从小鼠大脑皮层中提取的星形胶质细胞和由明胶、层粘连蛋白和其他天然存在的生物材料组成的溶液。该团队没有从国外进口明胶（GelMA），而是在实验室里自己生产，因此成本要低得多。

△打印过程

Melo补充说："在其他成分中，许多细胞在3D打印的压力下存活了一段时间，但星形细胞的形态与活体组织不兼容，GelMA和层粘连蛋白是必不可少的。“

生物打印的星形细胞的形态：细胞核被染成蓝色，其余部分被染成红色，显示出与神经组织中的状态非常相似。图片来自FAPESP/研究人员的档案。

制造"活的"脑细胞

据报道，在3D打印结构成型的几天后，星形胶质细胞开始复制，并以类似于在神经组织中观测到的方式行动。培养一周后，星形胶质细胞的活力明显增加，表明3D结构为细胞生长提供了一个合适的微环境。

据研究人员称，星形胶质细胞在打印后能够存活至少14天，为研究其机制和行为提供了一个相当长的时间窗口。

展望未来，该团队计划通过在生物墨水混合物中加入神经干细胞来增加其3D打印方法的复杂性。

Porcionatto告诉FAPESP："我们的想法是尽可能地接近神经组织的复杂性，当这些过程在小鼠细胞中得到充分验证后，我们将能够开发出其他的人类细胞。它们将有助于各种研究，如候选药物试验，确定大脑发育过程中表达的基因的测试，以及疾病建模等。

△UNIFESP的研究人员正在研究神经细胞的生物打印。照片来自FAPESP

关于这项研究的更多信息可以在发表在jove生物工程杂志上的题为：”3D bioprinting of murine cortical astrocytes for engineeringneural-like tissue”的论文中找到。这项研究是由B. Melo、E. Cruz、T. Ribeiro、M.Mundim和M. Porcionatto共同撰写的。

相关论文链接：https://www.jove.com/t/62691/3d- ... neering-neural-like

用AM推进神经学治疗

生物打印因其为研究神经系统疾病和潜在的新疗法提供的机会而受到越来越多的关注。虽然UNIFESP团队的研究在保持星形胶质细胞存活两周以上的能力方面很新颖，但在过去的一年里，在生物打印脑细胞方面也取得了其他重大突破。

去年1月，医疗技术公司Fluicell与临床研发公司Cellectricon和卡罗林斯卡学院大学合作，将神经细胞3D打印成复杂图案。科学家们能够在3D结构中精确地排列大鼠脑细胞，而不损害其生存能力，这可用于模拟神经系统疾病的进展。

同时，正在进行的由欧盟资助、由阿斯顿大学领导的Meso-Brain研究项目正在开发3D纳米打印技术，以生产新一代的精确建模和测试工具。该项目合作伙伴希望生成可定制的3D打印神经元网络，这些神经元来自干细胞，他们认为这将彻底改变帕金森症和痴呆症等疾病的治疗模式。

去年8月，来自特拉维夫大学的获奖研究人员利用患者的细胞3D打印了一个首创的胶质母细胞瘤，可以赋予新方法来改善脑癌的治疗。据称这是世界上第一个功能齐全的胶质母细胞瘤3D模型，这个可定制的模型使研究人员能够在准确模拟患者个人肿瘤和大脑的环境中测试新药物的疗效。

最近，来自蒙特利尔大学、康科迪亚大学和圣卡里纳联邦大学的一个研究小组利用他们新开发的激光诱导侧向转移（LIST）三维生物打印技术，成功地3D打印了活体小鼠脑细胞。据报道，LIST克服了其他生物打印技术的各种限制，如供体准备的挑战、墨水的粘度和细胞的生存能力。