威斯康星大学：研究人员3D打印功能性人脑组织

2024年2月，南极熊获悉，来自威斯康星大学麦迪逊分校的一组科学家开发出了第一个3D打印脑组织，可以像典型脑组织一样生长和发挥作用，这是一项重大成就，对研究大脑和致力于广泛治疗的科学家具有重要意义。神经系统和神经发育障碍，例如阿尔茨海默病和帕金森病。

威斯康星大学麦迪逊分校魏斯曼中心的神经科学和神经病学教授Su-Chun Zhang说：“这是一个非常强大的模型，可以帮助我们了解人类的脑细胞和大脑部分如何进行交流，有助于干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的研究。”



此项研究工作已经发表在了《Cell Stem Cell》杂志上，其中脑细胞（诱导多能干细胞生长的神经元）被放置在柔软的生物墨水凝胶中。研究人员表示该组织仍具有足够的强度结合在一起，但它也十分柔软，可以让神经元相互生长并开始相互交流。这些单元彼此相邻放置，就像桌面上彼此相邻的铅笔一样，组织保持相对较薄的状态，神经元很容易从生长培养基中获得足够的氧气和足够的营养。


△研究人员Su-Chun Zhang

打印的细胞穿过介质，在每个打印层内部以及跨层形成连接，形成与人脑相当的网络，本质上，细胞之间可以相互交流。神经元通过神经递质进行通信、发送信号、相互作用，甚至与添加到打印组织中的支持细胞形成适当的网络。

Su-Chun Zhang表示：“我们打印了大脑皮层和纹状体，取得的发现非常惊人，即使我们打印了属于大脑不同部分的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互交流。”

3D打印技术的作用
●打印技术提供了精确性，对细胞类型和排列能够进行控制，这是大脑类器官（用于研究大脑的微型器官）所没有的，类器官的生长需要较少的组织和控制。研究人员表示，实验室特别，能够随时产生几乎任何类型的神经元，可以在任何时间以任何方式将它们拼凑在一起。可以通过设计打印组织，有一个明确的系统来观察人脑网络如何运作，可以非常具体地观察神经细胞在某些条件下如何相互通信，因为此3D打印可以准确地打印出想要的内容。

●这种特异性提供了灵活性，3D 打印的脑组织有可能用于研究唐氏综合症细胞之间的信号传导、健康组织与受阿尔茨海默病影响的邻近组织之间的相互作用、测试新的候选药物，甚至观察大脑的生长。

●新的打印技术也相对容易获得，因为它不需要特殊的生物打印设备或培养方法来保持组织健康，并且可以使用显微镜、标准成像技术和该领域已经常见的电极进行深入研究。


△研究人员Yuanwei Yan

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员希望探索专业化的潜力，进一步改进他们的生物墨水并改进他们的设备，以允许打印组织内细胞的特定方向。 目前，改实验室使用的打印机是台式商业化打印机，可以进行一些专门的改进，按需打印特定类型的脑组织。

这项研究得到了 NIH-NINDS (NS096282、NS076352、NS086604)、NICHD (HD106197、HD090256)、新加坡国家医学研究理事会 (MOH-000212、MOH-000207)、新加坡教育部 (MOE2018- T2-2-103)、帕金森病的科学协调 (ASAP-000301)、Bleser 家庭基金会和 Busta 基金会。