研究人员3D打印仿生神经细胞网络，为探索神经科学领域开辟新方法

导读：3D 打印技术的出现极大地推动了医学和科学领域的进步。如今，该技术在神经科学领域也有了新的应用。

2023年10月7日，南极熊获悉，来自墨尔本莫纳什大学的研究人员开发了一种生物3D打印技术：利用生物墨水和活体神经细胞（目前主要是老鼠的脑细胞）创建三维神经网络。这些三维结构可以以特殊的方式模仿人脑中的复杂神经元网络连接。生物打印方法能够以高分辨率和吞吐量制造不同生物墨水和细胞类型的柔软、独立的神经元结构，这为理解神经网络的基本问题、工程神经形态电路和体外药物筛选提供了一个新途径。

这项研究以题为“3D Functional Neuronal Networks inFree-Standing Bioprinted Hydrogel Constructs/独立式生物打印水凝胶结构中的 3D 功能神经网络”的论文被发表在《》期刊上，由Yue Yao，Harold A，HelenaC. Parkington等人联合撰写。

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202300801

这一突破为探索神经系统疾病、评估药物疗效以及加深我们对神经系统功能的理解开辟了新的道路。科学家们通过将组织工程方法与生物打印相结合，成功地复制了大脑中的“灰质”和“白质”结构。这种方法涉及使用两种不同类型的生物墨水，一种包含活细胞，另一种由非细胞材料组成。3D 打印机首先将包含活细胞的层与无细胞层叠加起来。这个过程模仿了大脑在白质和灰质之间交替的方式。还定期插入特殊电极，以刺激神经网络的生长并记录其活动。

△作为一种有前途的研究途径，生物打印最终可能会替代传统的动物活体测试方法。（图片来源：Freepik）

莫纳什大学材料科学与工程系领导这项研究的 John Forsythe 教授表示，二维神经细胞培养物此前曾被用来探索神经网络的形成和病理机制。然而，这些相对平坦的结构并不能真正重新表征神经组织的三维复杂性。

Forsythe 教授解释说：“这项研究中生长的网络紧密地复制了活体大脑中电路的 3D 性质，其中神经细胞延伸称为神经突的过程，以在皮层不同层之间形成连接。我们发现，从印刷的“灰质”或细胞层中的神经元生长的投影很容易穿过“白质”层，并将其用作与其他层中的神经元进行通信的高速公路。我们不仅能够构建与我们在大脑区域中看到的类似的基本布局，而且我们发现神经元实际上以类似的方式表现和执行。”

这项研究表明，3D 打印的活神经细胞网络可能为研究神经和神经网络如何形成和发育提供一个有前途的平台。此外，它还提供了研究某些疾病对神经传递的影响以及药物对神经细胞和神经系统的影响的机会。

△生物打印作为医学研究领域的有用工具已取得进展（照片来源：Philip Ezze，CC-BY-SA-4.0）