Ученые впервые в мире напечатали на 3D-принтере работающую, развивающуюся ткань человеческого мозга

Исследователи создали первую функциональную ткань мозга, напечатанную на 3D-принтере, которая может развиваться и формировать связи так же, как и настоящая ткань человека. По словам ученых, многие лаборатории смогут использовать их новый метод, поскольку он не требует специального оборудования для биопечати. Ткань легко поддерживать в здоровом состоянии, и ее можно изучать с помощью микроскопов и другого оборудования.

Разработка команды из Университета Висконсин-Мэдисон предоставляет нейробиологам новый инструмент для изучения связей между клетками головного мозга и другими частями человеческого мозга, что потенциально приведет к созданию более эффективных способов лечения таких заболеваний, как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

«Это может изменить наш взгляд на биологию стволовых клеток, нейробиологию и патогенез многих неврологических и психиатрических расстройств, — говорит нейробиолог Су-Чун Чжан, автор статьи, описывающей исследование. — Поскольку мы можем напечатать ткань по дизайну, у нас может быть определенная система, позволяющая изучить, как работает сеть нашего человеческого мозга. Мы можем очень детально посмотреть, как нервные клетки общаются друг с другом при определенных условиях».

Как объясняют исследователи, чтобы понять сети человеческого мозга для изучения здоровья и болезней, нужна надежная модель живых нервных тканей человека, поскольку модели животных не могут полностью воспроизвести сложность мозга. Но напечатать функциональную ткань человеческого мозга сложно, и до сих пор большинству тканей, напечатанных на 3D-принтере, не хватает надлежащих связей между клетками. Нейроны должны иметь возможность созревать, сохраняя структуру ткани неповрежденной, а поддерживающие клетки, такие как астроциты, необходимы для правильного функционирования ткани.

Команда использовала горизонтальное наслоение нейронов, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, помещенных в мягкий гель «биочернил». Напечатанные тканевые клетки могут образовывать мозгоподобные сети внутри и между слоями всего за несколько недель. Нейроны общаются, посылают сигналы, используют нейротрансмиттеры и даже образуют сети с добавлением поддерживающих клеток.

«Ткань все еще имеет достаточную структуру, чтобы удерживаться вместе, но она достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам срастаться друг с другом и начать разговаривать друг с другом, — объясняет Чжан. — Даже когда мы напечатали разные клетки, принадлежащие разным частям мозга, они все равно могли разговаривать друг с другом совершенно особенным и специфическим образом».

По словам Чжана, изучение одного предмета за раз означает упущение важнейших компонентов, поскольку мозг функционирует в сетях. Печать ткани мозга таким способом позволяет более четко наблюдать за клеточными взаимодействиями. Ученые напечатали кору головного мозга и полосатое тело, и обнаружили, что аксоны, выступающие в напечатанной ткани мозга, отражают структуру человеческого мозга, где кортикальные нейроны проецируют аксоны в полосатое тело.

Точность этого метода 3D-печати позволяет контролировать типы и расположение клеток, в отличие от миниатюрных выращенных в лаборатории органов, используемых для исследований мозга, называемых органоидами мозга. Однако прототип не может контролировать направление зрелых нейронов, а напечатанная ткань не имеет естественной структуры, наблюдаемой в органоидах мозга. Но Чжан и его коллеги говорят, что это дополняет органоиды и является полезным способом изучения мозга в различных условиях.

До этого Илон Маск провел операцию на мозге. Его стартап Neuralink успешно имплантировал свой чип в мозг человека. По словам Маска, устройство позволит силой мысли управлять гаджетами и компьютерами. «Первые результаты показывают обнаружение спайков нейронов», — сообщил бизнесмен.