Naukowcy opracowali platformę biodruku 3D, która umożliwia montaż funkcjonalnych ludzkich tkanek nerwowych. Komórki progenitorowe w drukowanych tkankach rosną, tworząc obwody nerwowe i nawiązując funkcjonalne połączenia z innymi neuronami, naśladując w ten sposób naturalne tkanki mózgowe . To znaczący postęp w inżynierii tkanek nerwowych i technologii biodruku 3D. Takie biodrukowane tkanki nerwowe mogą być wykorzystywane do modelowania chorób człowieka (takich jak choroba Alzheimera, Parkinsona itp.) spowodowanych upośledzeniem sieci neuronowych. Każde badanie chorób mózgu wymaga zrozumienia, jak działają ludzkie sieci neuronowe.
Biodrukowanie 3D to proces addytywny, w którym odpowiedni naturalny lub syntetyczny biomateriał (biotusz) jest mieszany z żywymi komórkami i drukowany warstwa po warstwie w naturalnych, trójwymiarowych strukturach przypominających tkanki. Komórki rosną w biotuszu, a struktury rozwijają się, naśladując naturalną tkankę lub narząd. Technologia ta znalazła zastosowanie w medycynie regeneracyjnej do biodrukowania komórek, tkanek i narządów oraz w badaniach jako model do badania ludzkiego ciała in vitro , w szczególności ludzkiego układu nerwowego.
Badania ludzkiego układu nerwowego napotykają na ograniczenia ze względu na brak dostępu do próbek pierwotnych. Modele zwierzęce są pomocne, ale charakteryzują się różnicami gatunkowymi, stąd konieczność badań in vitro ludzkiego układu nerwowego w celu zbadania działania ludzkich sieci neuronowych i znalezienia metod leczenia chorób związanych z ich upośledzeniem.
Ludzkie tkanki nerwowe drukowano w technologii 3D w przeszłości z komórek macierzystych, jednak brakowało im tworzenia sieci neuronowych. Wydrukowana tkanka nie wykazywała połączeń między komórkami z kilku powodów. Te niedociągnięcia zostały już przezwyciężone.
W niedawnym badaniu naukowcy wybrali hydrożel fibrynogenu (składający się z fibrynogenu i trombiny) jako podstawowy biotusz i planowali wydrukować strukturę warstwową, w której komórki progenitorowe mogłyby rosnąć i tworzyć synapsy wewnątrz i pomiędzy warstwami. Zmienili jednak sposób układania warstw podczas drukowania. Zamiast tradycyjnego układania warstw pionowo, zdecydowali się na drukowanie warstw obok siebie w poziomie. Najwyraźniej to zmieniło sytuację. Stwierdzono, że ich platforma do biodruku 3D umożliwia montaż funkcjonalnej ludzkiej tkanki nerwowej. Udoskonalając ją w porównaniu z innymi istniejącymi platformami, ludzka tkanka nerwowa wydrukowana przez tę platformę tworzyła sieci neuronowe i funkcjonalne połączenia z innymi neuronami i komórkami glejowymi wewnątrz i pomiędzy warstwami. Jest to pierwszy taki przypadek i znaczący krok naprzód w inżynierii tkanki nerwowej. Laboratoryjna synteza tkanki nerwowej, która naśladuje funkcjonowanie mózgu, brzmi ekscytująco. Ten postęp z pewnością pomoże naukowcom w modelowaniu ludzkich chorób mózgu spowodowanych upośledzeniem sieci neuronowej, aby lepiej zrozumieć mechanizm znalezienia potencjalnego leczenia.
***
Referencje:
- Cadena M., i wsp 2020. Biodruk 3D tkanek nerwowych. Advanced Healthcare Materials, tom 10, wydanie 15, 2001600. DOI: https://doi.org/10.1002/adhm.202001600
- Yan Y., i wsp 2024. Biodruk 3D człowiek tkanki nerwowe z funkcjonalnymi połączeniami. Technologia komórek macierzystych| Tom 31, wydanie 2, P260-274.E7, 01 lutego 2024 r. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.009
***
 caused due to impairment of neural networks. Any investigation of disease of brain requires understanding how the human neural networks operate.){kind=link}