Впервые учёным удалось создать с помощью 3D-принтера функциональную ткань головного мозга человека.
Учёные напечатали ткань толщиной менее 0,01 дюйма (0,02 сантиметра), и она содержала как нервные клетки, так и поддерживающие клетки, называемые глией. Все эти клетки могли взаимодействовать друг с другом и формировать сети, как в реальном человеческом мозге.
Ткань была создана с помощью биологического «принтера», который штамповал гель, насыщенный стволовыми клетками, горизонтальными слоями. Затем стволовые клетки уговорили стать клетками мозга с помощью химических веществ, которые стимулировали это развитие. Слои ткани были аккуратно уложены один за другим в лабораторной посуде, чтобы сформировать полную модель ткани.
Исследователи, создавшие напечатанную ткань, описали свои достижения в статье, опубликованной 1 февраля в журнале Cell Stem Cell. Они надеются, что она дополнит другие модели человеческого мозга — такие модели, созданные из реальных человеческих клеток, более точно отражают сложные и уникальные особенности человеческого мозга, чем традиционные модели животных. К ним относятся так называемые технологии «мозг на чипе» («brain-on-a-chip»), которые имитируют ткань мозга на устройствах размером с кредитную карту, и церебральные органоиды, которые представляют собой миниатюрные упрощённые модели мозга, которые самостоятельно собираются в лабораторной посуде.
Однако, в отличие от органоидов, технология печати дает учёным больше контроля над тем, какие клетки и где окажутся в конечной ткани. Нервы внутри напечатанной ткани также способны сформировать соединения друг с другом в течение 2-5 недель — процесс, который может занять многие месяцы у органоидов, рассказал Live Science доктор Су-Чун Чжан (Su-Chun Zhang), соавтор исследования и профессор неврологии в Университете Висконсин-Мэдисон.
Благодаря такой скорости различные версии мозговой ткани, напечатанной на 3D-принтере, также могут быть изготовлены гораздо проще, чем органоиды, сказал Чжан. Поэтому эта технология в состоянии быть особенно полезной для тестирования новых кандидатов на лекарства от заболеваний, влияющих на функцию мозга, таких как нейродегенеративные и психиатрические расстройства, добавил он. Всё потому, что можно изготовить различные печатные модели, отображающие характеристики каждого расстройства.
Ранее учёные уже пытались напечатать ткань головного мозга человека. Однако нейроны и глия в конечном продукте не смогли сформировать правильные рабочие связи друг с другом, пишут авторы в статье. Новый подход к печати позволил сформировать сети, поскольку в нём использовался гель, который был достаточно мягким, чтобы облегчить этот процесс, позволяя клеткам быть достаточно гибкими для того, чтобы распространяться и соединяться. Кроме того, гель обладал дополнительной прочностью, необходимой для удержания слоёв мозговой ткани вместе.
И в отличие от традиционных подходов 3D-печати, при которых слои материала укладываются вертикально, авторы исследования укладывали гель горизонтально. Это позволило слоям быть тоньше, и, таким образом, клетки внутри них подвергались воздействию как можно большего количества кислорода и питательных веществ.
Напечатанные стволовые клетки превратились в полноценные нейроны и глию, которые сформировали сети, напоминающие те, что находятся в человеческом мозге, при этом они даже общались друг с другом с помощью химических мессенджеров, называемых нейротрансмиттерами/нейромедиаторами. Напечатанные клетки, которые обычно принадлежат разным частям мозга, таким как его внешний слой, или кора головного мозга, и полосатое тело, которое участвует в принятии решений, также сформировали связи друг с другом.
Авторы признали, что у новой модели всё ещё есть недостатки. Например, мягкость геля означает, что он не может печатать несколько слоёв за один раз, поскольку они разрушатся, если не дать гелю между ними застыть. Это замедляет процесс печати. Толщина отдельных слоёв также ограничена из-за потребности клеток внутри них в питательных веществах, что, следовательно, ограничивает общий размер ткани.
«Модель — это модель, а не реальный мозг», — сказал Чжан.
Однако команда работает над устранением этих потенциальных недостатков и совершенствованием технологии в будущем, добавил специалист.
