Дослідники створили тканину, яка виглядає і діє як шматок мозку. Останніми роками вчені навчилися завантажувати 3D-принтери клітинами та іншими будівельними матеріалами для створення живих тканин, але створення реалістичних конструкцій, схожих на мозок, було складним завданням. Тепер одна команда показала, що, модифікувавши свої методи друку, вона може друкувати та комбінувати кілька підтипів клітин , які краще імітують сигналізацію в людському мозку.
Нова технологія, описана минулого тижня в Cell Stem Cell , може запропонувати переваги перед існуючими методами, які нейробіологи використовують для створення 3D тканин мозку в лабораторії. Один із поширених підходів передбачає використання стовбурових клітин для вирощування мініатюрних мозкових крапель, які називаються органоїдами. Але дослідники не можуть контролювати типи клітин або їх точне розташування в цих конструкціях.
«Кожен органоїд «є унікальним», що ускладнює відтворення результатів дослідження.»
«Проте за допомогою правильного виду 3D-друку «ви можете контролювати, де розміщувати різні типи клітин.»
У минулих дослідженнях використовувалися 3D-принтери для створення тканин мозку, що дозволило дослідникам вивчити, як клітини дозрівають і створюють зв’язки, і навіть інтегрувати надруковану тканину в мозок миші. Але ці конструкції мали обмежену функціональність. І для створення більш функціональної друкованої тканини використовувалися клітини щурів, а не клітини людини.
У новому дослідженні команда Чжана надрукувала окремі горизонтальні лінії нейронних і гліальних клітин-попередників людини, які можуть розвиватися в кілька типів клітин мозку. Вони також впоралися зі складом «чорнила» — гідрогелю, — який функціонує як клей між клітинами. Їх новий рецепт гідрогелю надав підтримку тканині, але не був настільки жорстким, щоб перешкоджати клітинам рухатися або утворювати зв’язки, як це відбувається в реальному мозку. Отримані 3D-структури імітували мозок, що розвивається, при цьому клітини створювали зв’язки з клітинами своєї власної групи, а також розширювали зв’язки до інших груп. Ця діяльність дозволила дослідникам спостерігати, як клітини-попередники дозрівають і з’єднуються.
Потім команда створила різні конструкції, надрукувавши різні комірки з певним співвідношенням кожного типу клітин. Одна конструкція, наприклад, поєднує гальмівні та збуджуючі нейрони, які спілкуються за допомогою різних типів сигнальних молекул, які називаються нейромедіаторами. Потім дослідники додали астроцити, важливий тип опорних клітин. У багатьох випадках нейрони виробляли електричні сигнали, а астроцити виконували свою роботу, поглинаючи нейромедіатор глутамат, що свідчить про те, що вони створювали функціональні зв’язки, подібні до зв’язків у мозку. Коли дослідники поєднали два типи клітин зовнішньої кори головного мозку та глибшого смугастого тіла, вони виявили, що клітини кори головного мозку виступають у напрямку до клітин смугастого тіла, а не навпаки, як це спостерігається в мозку людини. Це показало дослідникам, що конструкти можуть відтворювати те, як влаштований мозок.
Деякі експерти, однак, відзначають, що надруковані тканини все ще відносно тонкі — близько 50 мікрон, або з діаметр людської волосини, — тому вони не повністю імітують тривимірну складність справжнього мозку.
«Недоліком є те, що вони можуть надрукувати лише один шар і скласти їх разом, тому це більше схоже на 2,5D»
Проте вчені кажуть, що ця технологія може покращити дослідження розвитку мозку та захворювань. Наприклад, коли Чжан і його група надрукували клітини, які мали мутацію, пов’язану з нейродегенеративним станом під назвою хвороба Александера, вони побачили, що клітини утворили менше зв’язків, повторюючи спостереження за людьми. Такі методи друку могли б «зробити біоінженерні тканини більш сумісними з моделюванням захворювань», — каже Чжоу. Згодом дослідники планують надрукувати тканину, придатну для трансплантації пацієнтам, які втратили тканину мозку через інсульт, нейродегенерацію або черепно-мозкову травму.
Чжан і його команда все ще вважають, що є багато можливостей для вдосконалення технології, наприклад, додавання більше типів клітин для імітації та кращого розуміння їх взаємодії. Зрештою, « тканина за дизайном, - каже він, - може допомогти розшифрувати наш людський мозок».
За матеріалами: Science News
