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3D列印大腦突破:科學家創造活生生的人腦組織
明日科學
發布於 18 天前

科學家們開創了一項突破性技術,成功地利用3D生物打印技術製造出功能性的人腦組織。這一新方法,將神經細胞文化由傳統的垂直堆疊轉變為水平排列,有效解決了長期以來對器官體設計控制不足的問題,這在過去常常限制了器官體的功能性和使用價值。

在威斯康辛大學麥迪遜分校的研究團隊所開發的這種創新3D打印方法中,傳統的3D打印是像做蛋糕一樣逐層垂直堆疊「生物墨水」,而這支團隊則是讓他們的機器像擺多米諾骨牌一樣進行水平打印。

研究人員將從多能幹細胞(能夠轉化為多種不同細胞類型的細胞)培養出的神經元,放置在一種含有纖維蛋白原和凝血酶的新型生物墨水凝膠中。這些生物材料參與了血液凝固過程。加入其他水凝膠後有助於放鬆生物墨水,解決了先前3D打印組織實驗中遇到的問題。

據威斯康辛大學麥迪遜分校神經科學和神經病學教授、研究領導蘇春章表示,這種組織具有足夠的結構維持其形狀,同時也足夠柔軟,以便讓神經元互相生長並開始交流。

有助研究阿茲海默症

由於其水平構造,新的組織細胞不僅在每一層內部形成連接,而且還能跨層進行交流,就像人類神經元一樣。這些新結構能夠通過產生神經遞質相互作用,甚至在3D打印的組織內創建了支持細胞網絡。(圖/《細胞:幹細胞》)

在這些實驗中,該團隊打印了大腦皮層和紋狀體文化。儘管這兩種組織負責非常不同的功能,但這兩種3D打印的組織仍能以一種非常特殊和特定的方式進行交流。

研究人員相信,他們的技術不僅限於創建這兩種類型的文化,而且理論上可以「創建幾乎任何類型的神經元」。這意味著3D打印方法最終可能有助於研究健康大腦部分與阿茲海默症等疾病,受影響部分如何相互作用,檢測唐氏綜合症中的細胞信號通路,以及使用組織測試新藥物。

蘇春章解釋說:「我們的大腦是以網絡運作的。我們希望以這種方式打印腦組織,因為細胞並不是獨立運作的。它們相互交流。這就是我們的大腦運作方式,我們必須像這樣綜合研究,才能真正理解它。

這項研究刊登在最新一期的《細胞:幹細胞》。

更多科學與科技新聞都可以直接上 明日科學網 http://www.tomorrowsci.com

首圖來源:UW-MADISON cc By4.0

圖片來源:Cell Stem Cell cc By4.0

參考論文:

1.3D bioprinting of human neural tissues with functional connectivityCell Stem Cell

延伸閱讀:

1.用光畫出未來!奈米3D印刷衝破極限,開啟4D魔法世界!

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