Bunky vytvorili vzájomné funkčné spojenia do dvoch až piatich týždňov po vytlačení.
Mozog a spojenie neurónov. Zdroj: iSTocphoto.com a Chat GPT
Tím vedcov z Univerzity Wisconsin-Madison vytvoril vôbec prvé mozgové tkanivo vytlačené pomocou 3D tlače, ktoré rastie a funguje ako živý mozog. Bunky sa vyvinuli na funkčné neuróny, ktoré medzi sebou v priebehu niekoľkých týždňov komunikovali.
Tento úspech a podobný prístup by sa dal použiť na štúdium ľudského mozgu, ochorení širokého spektra neurologických a neurovývojových porúch, ako sú Alzheimerova a Parkinsonova choroba, či na testovanie liečiv.
Viacvrstvový systém
Vytvorenie orgánu tak, aby bol čo najpodobnejší tomu v našom tele, je nevyhnutné pre výskum patológie chorôb a testovanie nových liekov. Mozog je extrémne komplexný systém a pre vedcov predstavuje obrovskú výzvu. Neuróny pestované v laboratóriu musia vytvoriť funkčné spojenia a mozgové tkanivo musí mať zložitú, ale zároveň veľmi špecifickú architektúru.
Nová inovatívna technika 3D tlače, ktorú použili výskumníci z Univerzity Wisconsin-Madison, využíva metódu horizontálneho vrstvenia a mäkší bioatrament. Pomocou neho vytvorili vrstvy nervového tkaniva, v ktorom sa formujú a dozrievajú nervové kmeňové bunky. Zároveň vytvárajú spojenia (synapsie) v rámci vrstiev aj medzi nimi, pričom si zachovávajú svoju štruktúru.
Táto kombinácia umožnila neurónom tvoriť zložité siete, ktoré odzrkadľujú tie nachádzajúce sa v ľudskom mozgu. Tradičné 3D prístupy využívajú, naopak, vertikálne naskladané vrstvy s tuhým bioatramentom vytlačeným v hrubých vrstvách.
Mozgové tkanivo z 3D tlače. Zdroj: Yan a kol. / UW-Madison
Neuróny vytvorili spojenia v priebehu pár týždňov
Vlákna tlačili postupne po tenkých vrstvách alebo pásoch gélu, ktorý bol naplnený bunkami. Odborníci si vybrali ako bioatrament alebo biomateriál fibrínový hydrogél pozostávajúci predovšetkým z fibrinogénu a trombínu, pretože sú biokompatibilné s nervovými bunkami. Fibrinogén i trombín zohrávajú dôležitú úlohu pri zrážaní krvi a v 3D tlači zabránili, aby sa jednotlivé vrstvy zliali do jednej.
Vysoká viskozita fibrínového gélu sťažovala tlač, preto ho výskumníci zmiešali s hydrogélom kyseliny hyalurónovej, dôsledkom čoho bol bioatrament mäkší, no zároveň dostatočne stabilný a dokázal uniesť aj väčší počet nervových buniek.
Vďaka horizontálnej forme tlače zostalo tkanivo relatívne tenké a to uľahčilo neurónom získať dostatok kyslíka a dostatok živín z rastového média. Vytlačené bunky zostali vo svojich určených vrstvách, pričom vytvorili vzájomné funkčné synaptické spojenia do dvoch až piatich týždňov po vytlačení.
„Podarilo sa nám vytvoriť mozgovú kôru a striatum. Aj keď sme vytlačili rozličné bunky patriace do rôznych častí mozgu, stále boli schopné spolu komunikovať veľmi zvláštnym a špecifickým spôsobom,“ uviedol Su-Chun Zhang, jeden z autorov štúdie. Ich laboratórium je veľmi špeciálne v tom, že dokážu kedykoľvek vytvoriť takmer akýkoľvek typ neurónu.
Náš mozog funguje ako prepojená sieť, bunky nefungujú samy o sebe, komunikujú medzi sebou. V budúcnosti plánujú vedci vytlačiť týmto spôsobom celý prepojený mozog, aby mohli študovať jeho jednotlivé funkcie. Táto technika tlače nevyžaduje špeciálne vybavenie alebo kultivačné metódy na udržanie zdravého tkaniva, čo znamená, že by ju mohli využiť aj iné laboratória.
(JM)
