Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison (UWM) λένε ότι έχουν δημιουργήσει τους πρώτους 3D-εκτυπωμένους μίνι εγκεφάλους που λειτουργούν σαν φυσικός εγκεφαλικός ιστός.
«Οι νευρώνες επικοινωνούν, στέλνουν σήματα, αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω νευροδιαβιβαστών και σχηματίζουν ακόμη και κατάλληλα δίκτυα με υποστηρικτικά κύτταρα που προστέθηκαν στον τυπωμένο ιστό», δήλωσε ο συγγραφέας τη μελέτης Su-Chun Zhang.
Η πρόκληση: Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, τα βλαστοκύτταρα θα αυτοσυναρμολογηθούν σε μικροσκοπικούς, τρισδιάστατους ιστούς που μιμούνται χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου. Αυτά τα «οργανοειδή του εγκεφάλου» μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δοκιμή φαρμάκων, τη μελέτη ασθενειών και πολλά άλλα.
Επειδή τα οργανοειδή του εγκεφάλου αυτοσυναρμολογούνται, οι ερευνητές δεν έχουν πολύ έλεγχο στην τελική δομή τους και οι μίνι εγκέφαλοί τους μπορεί να μην εξελιχθούν στον καλύτερο σχεδιασμό για την έρευνά τους.
Ορισμένοι επιστήμονες έχουν προσπαθήσει να χρησιμοποιήσουν 3D βιοεκτύπωση για να αποκτήσουν περισσότερο έλεγχο της θέσης και των τύπων των εγκεφαλικών κυττάρων σε ένα οργανοειδές, αλλά το να παραμείνουν αυτά τα μαλακά, γεμάτα κύτταρα «μελάνια» είναι μια πρόκληση και η χρήση σκληρότερων ουσιών ή ικριωμάτων εμποδίζει τα κύτταρα να σχηματίσουν φυσικές συνδέσεις μεταξύ τους.
3D-τυπωμένα οργανοειδή εγκεφάλου: Η ομάδα UWM υιοθέτησε μια διαφορετική προσέγγιση για τη μελέτη της, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Cell Stem Cell.
Πρώτα έβαλαν τα βλαστοκύτταρα να αρχίσουν να αναπτύσσονται σε διαφορετικούς τύπους εγκεφαλικών κυττάρων. Αυτά τα διαφορετικά κύτταρα αναμίχθηκαν με μια υδρογέλη για να δημιουργήσουν ένα εκτυπώσιμο «βιομελάνι».
Αντί να στοιβάζουν στρώματα κάθετα - την παραδοσιακή προσέγγιση 3D εκτύπωσης - η ομάδα UWM πήγε οριζόντια, τοποθετώντας λωρίδες βιομελανιού η μία δίπλα στην άλλη. Αυτό σήμαινε ότι τα 3D τυπωμένα οργανοειδή του εγκεφάλου τους ήταν μόλις 50 μικρόμετρα «ψηλά», αλλά αυτή η λεπτότητα εξασφάλιζε ότι οι νευρώνες έπαιρναν το οξυγόνο που χρειάζονταν.
Όπως ελπίζαμε, αυτή η προσέγγιση οδήγησε επίσης στο σχηματισμό φυσικών συνδέσεων μεταξύ των κυττάρων στους μίνι εγκεφάλους - διαφορετικοί τύποι κυττάρων σε διαφορετικά στρώματα θα μπορούσαν να στείλουν σήματα ο ένας στον άλλο και σχημάτισαν δίκτυα παρόμοια με αυτά που παρατηρούνται στον φυσικό εγκεφαλικό ιστό.
«Ο ιστός εξακολουθεί να έχει αρκετή δομή για να συγκρατηθεί, αλλά είναι αρκετά μαλακός για να επιτρέψει στους νευρώνες να αναπτυχθούν ο ένας στον άλλο και να αρχίσουν να μιλούν μεταξύ τους. Ακόμα και όταν εκτυπώσαμε διαφορετικά κύτταρα που ανήκουν σε διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου, ήταν ακόμα σε θέση να μιλήσουν μεταξύ τους με έναν πολύ ιδιαίτερο και συγκεκριμένο τρόπο», δήλωσε ο Zhang.
Ατενίζοντας το μέλλον: Οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεχίσουν να βελτιώνουν την τεχνική τους, αναζητώντας τρόπους για να αποκτήσουν ακόμη μεγαλύτερο έλεγχο στον προσανατολισμό των κυττάρων στα 3D-εκτυπωμένα οργανοειδή του εγκεφάλου τους, ίσως κάνοντας αλλαγές στο βιομελάνι τους.
Ελπίζουν ότι άλλα εργαστήρια θα μπορούσαν να υιοθετήσουν την τεχνική τους για τη δική τους έρευνα, δεδομένου ότι δεν απαιτεί ειδικό εξοπλισμό - χρησιμοποίησαν έναν εμπορικό βιοεκτυπωτή και μια τυπική τεχνολογία απεικόνισης για τη μελέτη τους.
«Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό μοντέλο που θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς επικοινωνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα και τμήματα του εγκεφάλου στους ανθρώπους», λέει ο Zhang. «Θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που βλέπουμε τη βιολογία των βλαστικών κυττάρων, τη νευροεπιστήμη και την παθογένεια πολλών νευρολογικών και ψυχιατρικών διαταραχών».
Πηγή: Free Think