近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校的科研团队成功3D打印出功能性人类脑组织，它可以像传统脑组织一样正常生长并发挥作用。相关研究结果发表于《细胞—干细胞》。
明升体育app家认为，这一突破对研究大脑，治疗阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等多种神经和神经发育疾病具有重要意义。
研究通讯作者、威斯康星大学麦迪逊分校魏斯曼中心神经明升体育app和神经学教授张素春表示，该脑组织可能是一个非常强大的模型，可以帮助我们了解人类脑细胞和大脑部分是如何交流的。“它可能会改变我们对干细胞生物学、神经明升体育app以及许多神经和精神疾病发病机制的看法。”
根据研究人员的说法，之前的打印方法限制了打印脑组织的成功。该研究团队有使用传统垂直叠层3D打印方式，而是使用了水平叠层方案，通过将从诱导多能干细胞中培养出来的脑细胞置于柔软的“生物墨水”凝胶中，从而培育出神经元。
“这种组织有足够的结构连接在一起，但足够柔软的环境可以让神经元彼此生长，并开始相互交流。而且该组织保持相对较薄，这使得神经元更容易从生长介质中获得足够的氧气和足够的营养。”张素春说。
这些细胞挨个排列，就像桌面上的铅笔挨个排列一样。打印的细胞通过介质在每个打印层内部和层之间形成连接，形成与人类大脑相当的网络。神经元通过神经递质进行交流、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。
研究团队打印了大脑皮层和纹状体，结果非常惊人。即使打印了属于大脑不同部位的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互对话。这种打印技术可以精确地控制细胞的类型和排列，这是大脑类器官（用于研究大脑的微型器官）所没有的。
研究人员表示，他们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特定条件下如何相互交流。
除了特殊性，该3D打印技术还具有灵活性。打印的脑组织可用于研究唐氏综合症患者细胞间的信号传导、受阿尔茨海默氏症影响的健康组织和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，研究大脑发育、人类发育、发育障碍、神经退行性疾病等潜在的分子机制。
值得一提的是，这种新的3D打印技术也可为许多实验室所用。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。
下一步，研究人员希望探索专业化的潜力，进一步改进“生物墨水”和设备，以便在打印组织中实现细胞的特定方向。目前，该实验室使用的打印机是台式商业化打印机，张素春表示，他们计划进行一些专门的改进，按需打印特定类型的脑组织。
相关论文信息：http://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.009
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