Bringing medical advances from the lab to the clinic.关键词:3D打印;大脑;Cell Stem Cell2024年2月1日,威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员成功研发出首个能生长并发挥功能的人造脑组织,标志着神经和神经发育障碍研究迈出了重要一步【1】。(联系微信号healsanq,免费获取原文;请备注20240206)
这项新颖的3D打印技术采用水平层叠方法和更柔软的生物墨水,使神经元能够相互连接并形成类似于人类大脑结构的神经网络。精确控制细胞类型和排列的能力为在受控环境下研究大脑功能和疾病提供了前所未有的机会,为药物测试、理解大脑发育以及阿尔茨海默病和帕金森病等疾病研究开辟了新的途径。研究设计
传统的3D打印方法因限制了对细胞类型的控制,在打印脑组织方面一直没有取得突破。本次研究团队采用了全新的三维打印技术,其关键特色在于:- 水平层叠法: 与以往垂直堆叠的打印方式不同,该研究采用水平层叠法,使脑细胞(由诱导性多能干细胞分化而来)能够更好地相互连接和沟通。
- 更柔软的生物墨水: 研究团队使用比以往更柔软的生物墨水凝胶,为神经元生长和相互交流提供了更好的环境。
- 细胞排列精细: 细胞被并排放置,类似于铅笔平放在桌面上,使得它们能够充分获取氧气和营养。
研究主要结果
我们家最多时曾拥有过3台3D打印机,所以我对于3D打印出来的人造脑组织的生物功能有些质疑,但本研究中显然在这方面获得了突破。结果显示,3D打印的大脑能够形成网络并通过神经递质进行沟通,类似于人类大脑的交流方式。打印出的细胞可以跨越打印层相互连接,形成与人类大脑相似的网络。而且这些神经元能够相互沟通、发送信号、通过神经递质相互作用,甚至与打印组织中添加的支持细胞形成适当的网络。更重要的是,该技术能够以高精度控制细胞类型和排列,这在传统脑器官无法实现。由此,人造脑组织可用于研究唐氏综合症细胞间的信号传递、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、测试新药候选物,甚至观察大脑生长过程。
本研究的临床意义
该研究首次成功打印出能生长并发挥功能的人造脑组织,为神经和神经发育障碍研究提供了强大的新工具。相比于传统脑器官,该技术可实现更高的细胞类型和排列控制精度,为研究大脑网络功能提供了前所未有的平台。人造脑组织可用于研究多种神经系统疾病,包括阿尔茨海默病、帕金森病、唐氏综合症等,为疾病的治疗和干预带来新的希望。该技术易于操作,不需要特殊的生物打印设备或培养方法,可被广泛应用于相关领域的实验研究。未来应用
- 研究人员计划进一步改进生物墨水和设备,以实现细胞在人造组织内特定排列,提高打印脑组织的专一性。
- 人造脑组织可用于药物筛选、疾病建模、个性化治疗等多种领域,具有广阔的应用前景。
亦期待各位同仁通过利用类似的新技术产品,早日攻克自己一直关注的疾病难题。
参考资料来源:
【1】 Yan Y, Li X, Gao Y, Mathivanan S, Kong L, Tao Y, Dong Y, Li X, Bhattacharyya A, Zhao X, Zhang SC. 3D bioprinting of human neural tissues with functional connectivity. Cell Stem Cell. 2024 Feb 1;31(2):260-274.e7. doi: 10.1016/j.stem.2023.12.009. PMID: 38306994.
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