第一個3D列印的功能性人腦組織, 可以像真的一樣生長

來源：廈門玩樂 釋出時間：2024-02-06 09:28

研究人員使用了一種新技術來3D列印腦組織，這些組織的細胞在幾周內就發展成功能神經元，可以相互通訊。他們說，這種方法可以用來研究健康和不健康的大腦，測試藥物，或者簡單地觀察大腦是如何發育的。

創造一個儘可能接近真實器官的器官，對於探索疾病病理學和測試新藥至關重要。大腦面臨著特殊的挑戰，包括在實驗室中生長的神經元必須形成功能性連線，腦組織需要支援複雜而微妙的結構。

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員，成功地用3D列印技術打印出了像普通大腦一樣生長和運作的腦組織。

該研究的通訊作者張素春（音譯）說：“這可能是一個非常強大的模型，可以幫助我們瞭解人類腦細胞和大腦部分是如何交流的。這可能會改變我們對幹細胞生物學、神經科學以及許多神經和精神疾病發病機制的看法。”

研究人員旨在構建分層的神經組織，使神經祖細胞（NPC）成熟，並在保持結構的同時在層內和層間形成連線（突觸）。他們選擇了一種主要由纖維蛋白原和凝血酶組成的纖維蛋白水凝膠作為“生物墨水”，或用於組織列印的生物材料，因為它與神經細胞具有生物相容性。纖維蛋白原和凝血酶都在凝血中起作用。

纖維蛋白凝膠的高粘度使其難以列印，因此研究人員將其與透明質酸水凝膠混合，並注意到，放置在混合物中的大量NPC存活併成熟。新增另一種氫使他們的生物墨水比以前使用的更柔軟。

傳統的3D列印方法是垂直堆疊層，這需要在厚層上列印堅硬的生物墨水，而研究人員透過水平列印一層薄薄的細胞注入凝膠來建立圖案組織。為了防止列印條帶的混合，在混合物沉積後立即使用凝血酶作為交聯劑。

儘管列印的細胞停留在指定的層內，但神經元在列印後的兩到五週內，形成了層內和層之間的功能性突觸連線。

研究人員表示：“這種組織仍然有足夠的結構來連線在一起，但它足夠柔軟，可以讓神經元彼此生長，並開始相互交流。我們的組織保持相對較薄，這使得神經元更容易從生長介質中獲得足夠的氧氣和足夠的營養。”

研究人員嘗試在生物墨水中使用不同的細胞組合來列印腦組織。

“我們列印了大腦皮層和紋狀體，我們的發現非常驚人，”張素春說。“即使我們列印了屬於大腦不同部位的不同細胞，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交流。”

研究人員表示，他們的方法提供了細胞型別和排列的精確度，這是類器官和其他列印方法所不能做到的。而且列印技術不需要特殊裝置或培養方法來保持組織健康，這意味著許多實驗室都可以使用它。

“我們的實驗室非常特別，因為我們能夠在任何時間產生幾乎任何型別的神經元，”張素春說。“然後我們幾乎可以在任何時候，以任何我們喜歡的方式將它們拼湊起來。因為我們可以按照設計列印組織，我們可以有一個明確的系統來觀察我們人類的大腦網路是如何運作的。我們可以非常具體地觀察神經細胞在特定條件下是如何相互交流的，因為我們可以打印出我們想要的東西。”

他們計劃改進生物墨水和裝置，以便在他們的列印組織中實現特定的細胞方向。

該研究的主要作者嚴元偉（音譯）說：“目前，我們的印表機是一臺商業化的臺式印表機。我們可以做一些專門的改進，以幫助我們根據需要列印特定型別的腦組織。”

研究人員說，他們的列印腦組織可以用來研究唐氏綜合症中的細胞-細胞訊號，健康組織和阿爾茨海默病影響組織之間的相互作用，測試新的候選藥物，或者只是觀察大腦如何發育。

“在過去，我們經常一次只看一件事，這意味著我們經常錯過一些關鍵的組成部分，”張素春說。“我們的大腦在網路中運作。我們希望以這種方式列印腦組織，因為細胞不是自己運作的。它們互相交談。這就是我們的大腦是如何工作的，必須像這樣一起研究才能真正理解它。”

這項研究發表在《細胞幹細胞》雜誌上。

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研究人員使用了一種新技術來3D列印腦組織，這些組織的細胞在幾周內就發展成功能神經元，可以相互通訊。他們說，這種方法可以用來研究健康和不健康的大腦，測試藥物，或者簡單地觀察大腦是如何發育的。

創造一個儘可能接近真實器官的器官，對於探索疾病病理學和測試新藥至關重要。大腦面臨著特殊的挑戰，包括在實驗室中生長的神經元必須形成功能性連線，腦組織需要支援複雜而微妙的結構。

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員，成功地用3D列印技術打印出了像普通大腦一樣生長和運作的腦組織。

該研究的通訊作者張素春（音譯）說：“這可能是一個非常強大的模型，可以幫助我們瞭解人類腦細胞和大腦部分是如何交流的。這可能會改變我們對幹細胞生物學、神經科學以及許多神經和精神疾病發病機制的看法。”

研究人員旨在構建分層的神經組織，使神經祖細胞（NPC）成熟，並在保持結構的同時在層內和層間形成連線（突觸）。他們選擇了一種主要由纖維蛋白原和凝血酶組成的纖維蛋白水凝膠作為“生物墨水”，或用於組織列印的生物材料，因為它與神經細胞具有生物相容性。纖維蛋白原和凝血酶都在凝血中起作用。

纖維蛋白凝膠的高粘度使其難以列印，因此研究人員將其與透明質酸水凝膠混合，並注意到，放置在混合物中的大量NPC存活併成熟。新增另一種氫使他們的生物墨水比以前使用的更柔軟。

傳統的3D列印方法是垂直堆疊層，這需要在厚層上列印堅硬的生物墨水，而研究人員透過水平列印一層薄薄的細胞注入凝膠來建立圖案組織。為了防止列印條帶的混合，在混合物沉積後立即使用凝血酶作為交聯劑。

儘管列印的細胞停留在指定的層內，但神經元在列印後的兩到五週內，形成了層內和層之間的功能性突觸連線。

研究人員表示：“這種組織仍然有足夠的結構來連線在一起，但它足夠柔軟，可以讓神經元彼此生長，並開始相互交流。我們的組織保持相對較薄，這使得神經元更容易從生長介質中獲得足夠的氧氣和足夠的營養。”

研究人員嘗試在生物墨水中使用不同的細胞組合來列印腦組織。

“我們列印了大腦皮層和紋狀體，我們的發現非常驚人，”張素春說。“即使我們列印了屬於大腦不同部位的不同細胞，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交流。”

研究人員使用了一種新技術來3D列印腦組織，這些組織的細胞在幾周內就發展成功能神經元，可以相互通訊。他們說，這種方法可以用來研究健康和不健康的大腦，測試藥物，或者簡單地觀察大腦是如何發育的。

創造一個儘可能接近真實器官的器官，對於探索疾病病理學和測試新藥至關重要。大腦面臨著特殊的挑戰，包括在實驗室中生長的神經元必須形成功能性連線，腦組織需要支援複雜而微妙的結構。

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員，成功地用3D列印技術打印出了像普通大腦一樣生長和運作的腦組織。

該研究的通訊作者張素春（音譯）說：“這可能是一個非常強大的模型，可以幫助我們瞭解人類腦細胞和大腦部分是如何交流的。這可能會改變我們對幹細胞生物學、神經科學以及許多神經和精神疾病發病機制的看法。”

研究人員旨在構建分層的神經組織，使神經祖細胞（NPC）成熟，並在保持結構的同時在層內和層間形成連線（突觸）。他們選擇了一種主要由纖維蛋白原和凝血酶組成的纖維蛋白水凝膠作為“生物墨水”，或用於組織列印的生物材料，因為它與神經細胞具有生物相容性。纖維蛋白原和凝血酶都在凝血中起作用。

纖維蛋白凝膠的高粘度使其難以列印，因此研究人員將其與透明質酸水凝膠混合，並注意到，放置在混合物中的大量NPC存活併成熟。新增另一種氫使他們的生物墨水比以前使用的更柔軟。

傳統的3D列印方法是垂直堆疊層，這需要在厚層上列印堅硬的生物墨水，而研究人員透過水平列印一層薄薄的細胞注入凝膠來建立圖案組織。為了防止列印條帶的混合，在混合物沉積後立即使用凝血酶作為交聯劑。

儘管列印的細胞停留在指定的層內，但神經元在列印後的兩到五週內，形成了層內和層之間的功能性突觸連線。

研究人員表示：“這種組織仍然有足夠的結構來連線在一起，但它足夠柔軟，可以讓神經元彼此生長，並開始相互交流。我們的組織保持相對較薄，這使得神經元更容易從生長介質中獲得足夠的氧氣和足夠的營養。”

研究人員嘗試在生物墨水中使用不同的細胞組合來列印腦組織。

“我們列印了大腦皮層和紋狀體，我們的發現非常驚人，”張素春說。“即使我們列印了屬於大腦不同部位的不同細胞，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交流。”

研究人員使用了一種新技術來3D列印腦組織，這些組織的細胞在幾周內就發展成功能神經元，可以相互通訊。他們說，這種方法可以用來研究健康和不健康的大腦，測試藥物，或者簡單地觀察大腦是如何發育的。

創造一個儘可能接近真實器官的器官，對於探索疾病病理學和測試新藥至關重要。大腦面臨著特殊的挑戰，包括在實驗室中生長的神經元必須形成功能性連線，腦組織需要支援複雜而微妙的結構。

威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員，成功地用3D列印技術打印出了像普通大腦一樣生長和運作的腦組織。

該研究的通訊作者張素春（音譯）說：“這可能是一個非常強大的模型，可以幫助我們瞭解人類腦細胞和大腦部分是如何交流的。這可能會改變我們對幹細胞生物學、神經科學以及許多神經和精神疾病發病機制的看法。”

研究人員旨在構建分層的神經組織，使神經祖細胞（NPC）成熟，並在保持結構的同時在層內和層間形成連線（突觸）。他們選擇了一種主要由纖維蛋白原和凝血酶組成的纖維蛋白水凝膠作為“生物墨水”，或用於組織列印的生物材料，因為它與神經細胞具有生物相容性。纖維蛋白原和凝血酶都在凝血中起作用。

纖維蛋白凝膠的高粘度使其難以列印，因此研究人員將其與透明質酸水凝膠混合，並注意到，放置在混合物中的大量NPC存活併成熟。新增另一種氫使他們的生物墨水比以前使用的更柔軟。

傳統的3D列印方法是垂直堆疊層，這需要在厚層上列印堅硬的生物墨水，而研究人員透過水平列印一層薄薄的細胞注入凝膠來建立圖案組織。為了防止列印條帶的混合，在混合物沉積後立即使用凝血酶作為交聯劑。

儘管列印的細胞停留在指定的層內，但神經元在列印後的兩到五週內，形成了層內和層之間的功能性突觸連線。

研究人員表示：“這種組織仍然有足夠的結構來連線在一起，但它足夠柔軟，可以讓神經元彼此生長，並開始相互交流。我們的組織保持相對較薄，這使得神經元更容易從生長介質中獲得足夠的氧氣和足夠的營養。”

研究人員嘗試在生物墨水中使用不同的細胞組合來列印腦組織。

“我們列印了大腦皮層和紋狀體，我們的發現非常驚人，”張素春說。“即使我們列印了屬於大腦不同部位的不同細胞，它們仍然能夠以一種非常特殊和特定的方式相互交流。”