Мозг можно напечатать

Трехмерный принтер, «заряженный» нейронами, позволил исследователям напечатать мозговую ткань, которая выглядит как мозг и даже работает как часть мозга. Для этого понадобилось изменить методику трехмерной печати.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Новая технология может дать серьезные преимущества перед существующими методами, которые нейробиологи используют для создания трехмерных тканей мозга в лаборатории. Один из распространенных подходов предполагает использование стволовых клеток для выращивания миниатюрных мозгоподобных сгустков, называемых органоидами. Но исследователи не могут контролировать типы клеток или их точное расположение в органоидах, каждый из них уникален, что затрудняет повторение результатов работы, сетует нейробиолог Чжан Сучунь из Университета Висконсин-Мэдисон, ведущий автор нового исследования.

В предыдущих работах 3D-принтеры уже использовались для создания тканей мозга, что позволило исследователям изучить, как клетки созревают и создают связи, и даже интегрировать напечатанную ткань в мозг мышей. Но у такой печати были серьезные ограничения. А в попытках создать более функциональную печатную ткань использовались клетки мозга крысы, а не человека.

В новом исследовании команда Чжана в качестве материала взяла клетки человеческого мозга и напечатала отдельные линии нервных и глиальных клеток-предшественниц, которые могут развиваться в несколько типов клеток головного мозга. Чжан также экспериментировал с составом гидрогеля, который действует как клей для клеток, чтобы гидрогель не мешал движению клеток и образованию связей между ними.

Получились трехмерные структуры, которые имитировали развивающийся мозг: клетки налаживали связи с клетками своего собственного участка, а также расширяли связи с другими участками. Эта деятельность позволила исследователям наблюдать, как клетки-предшественницы созревают и соединяются.

Затем Чжан и его команда напечатали участки «мозга» с различными вариациями клеточного состава, затем добавили астроциты — еще один важный для мозга тип клеток, поддерживающих и разграничивающих нейроны.

Когда исследователи объединили два типа клеток, наблюдаемых в коре больших полушарий головного мозга и более глубоко расположенном полосатом теле, они обнаружили, что клетки коры простираются по направлению к клеткам полосатого тела, а не наоборот, как это наблюдается в человеческом мозге. Это натолкнуло исследователей на мысль, что напечатанные участки могут самоорганизовываться в подобие «мозга».

Напечатанные ткани все еще относительно тонкие — около 50 микрон, это диаметр человеческого волоса, поэтому они не полностью имитируют трехмерную сложность реального мозга.

Создатели же технологии говорят, что она дает новые возможности для исследования развития мозга и его болезней. Например, когда Чжан и его группа напечатали клетки с мутацией, связанной с нейродегенеративным заболеванием, называемым болезнью Александера, они увидели, что клетки образуют меньше связей, что повторяет реальную картину. Подобные методы точной печати могут сделать биоинженерные ткани более пригодными для моделирования заболеваний. Исследователи надеются вскоре напечатать ткань, пригодную для трансплантации пациентам с инсультами, нейродегенеративными заболеваниями и т. п.

По материалам статьи

Ольга Грибова