導(dǎo)讀：研究人員成功開(kāi)發(fā)出世界上首個(gè)3D打印腦組織模型，其生長(zhǎng)和功能表現(xiàn)與自然腦組織相似，這在神經(jīng)科學(xué)及神經(jīng)發(fā)育障礙研究領(lǐng)域標(biāo)志著一個(gè)重大突破。這種創(chuàng)新的3D打印技術(shù)采用了水平分層的方法和更柔軟的生物墨水，使得神經(jīng)元能夠互聯(lián)并形成類(lèi)似人腦的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

圖片來(lái)自資源庫(kù)，由AI生成

2024年2月1日，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校張素春團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞干細(xì)胞》(Cell Stem Cell)期刊發(fā)表了題為：3D bioprinting of human neural tissues withfunctional connectivity的研究論文。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.009

該研究開(kāi)發(fā)出了第一個(gè)3D打印的功能性人腦組織，它可以像典型的人腦組織一樣生長(zhǎng)和發(fā)揮作用。這對(duì)于研究大腦及治療廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)發(fā)育障礙（例如阿爾茨海默病和帕金森病）來(lái)說(shuō)具有重要意義。

研究成果：

• 3D打印的腦組織能夠形成網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行通信，這與人腦的相互作用類(lèi)似。
• 這種新的打印方法能夠精確地控制細(xì)胞類(lèi)型和排列，超越了傳統(tǒng)的大腦模擬器官所能達(dá)到的能力。
• 該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于許多實(shí)驗(yàn)室，不需特殊設(shè)備或培養(yǎng)方法，對(duì)研究各類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病和治療方法將產(chǎn)生重大影響。
  

“這可能是一個(gè)非常強(qiáng)大的模型，它將幫助我們了解人腦細(xì)胞和不同腦區(qū)是如何進(jìn)行交流的，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校魏斯曼中心的神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)病學(xué)教授張?zhí)K春表示?！拔覀兊慕M織相對(duì)較薄，這使神經(jīng)元能夠輕松從生長(zhǎng)介質(zhì)中獲取充足的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，”嚴(yán)煒偉教授補(bǔ)充道。

與傳統(tǒng)的垂直堆疊3D打印方法不同，研究人員采用了水平堆疊方式，并將腦細(xì)胞（由誘導(dǎo)多能干細(xì)胞生長(zhǎng)出的神經(jīng)元）放置在比之前嘗試使用的更柔軟的“生物墨水”凝膠中。這種組織具有足夠的結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)又足夠柔軟，可以讓神經(jīng)元彼此生長(zhǎng)并開(kāi)始交流，這些腦細(xì)胞就像桌面上并排放置的鉛筆一樣緊密相鄰。這種3D打印的組織相對(duì)較薄，這讓神經(jīng)元更容易從生長(zhǎng)介質(zhì)中獲取必需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)。

結(jié)果是顯而易見(jiàn)的——即細(xì)胞能夠相互交流。打印的細(xì)胞在介質(zhì)中形成了網(wǎng)絡(luò)，不僅在每個(gè)打印層內(nèi)部，也在不同層之間建立了聯(lián)系，形成了與人腦類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行通信、發(fā)送信號(hào)、相互作用，甚至與添加到打印組織中的支持細(xì)胞形成恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。

該研究還打印了大腦皮層和紋狀體的細(xì)胞，結(jié)果顯示，即使是來(lái)自大腦不同部分的細(xì)胞，它們也能以一種非常特殊和具體的方式進(jìn)行交流。這種打印技術(shù)提供了前所未有的精確性——對(duì)細(xì)胞類(lèi)型和排列的控制——這是傳統(tǒng)的大腦類(lèi)器官無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，類(lèi)器官的生長(zhǎng)通常需要較少的組織控制。

張?zhí)K春教授

“我們的實(shí)驗(yàn)室非常獨(dú)特，因?yàn)槲覀兛梢噪S時(shí)生成幾乎任何類(lèi)型的神經(jīng)元。然后我們可以以任何我們想要的方式將它們組合在一起，”張?zhí)K春教授說(shuō)?！耙?yàn)槲覀兡軌蛟O(shè)計(jì)打印組織，所以我們可以明確地觀察我們的人腦網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。我們可以非常具體地觀察神經(jīng)細(xì)胞在特定條件下是如何相互通信的，因?yàn)槲覀兡軌驕?zhǔn)確地打印出我們想要的內(nèi)容?！?br />
張?zhí)K春教授還表示，這種特殊性為研究提供了巨大的靈活性。打印的腦組織可用于研究唐氏綜合征細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)、健康組織與受阿爾茨海默病影響的鄰近組織之間的相互作用、測(cè)試新的候選藥物，甚至觀察大腦的生長(zhǎng)過(guò)程。

導(dǎo)讀：研究人員成功開(kāi)發(fā)出世界上首個(gè)3D打印腦組織模型，其生長(zhǎng)和功能表現(xiàn)與自然腦組織相似，這在神經(jīng)科學(xué)及神經(jīng)發(fā)育障礙研究領(lǐng)域標(biāo)志著一個(gè)重大突破。這種創(chuàng)新的3D打印技術(shù)采用了水平分層的方法和更柔軟的生物墨水，使得神經(jīng)元能夠互聯(lián)并形成類(lèi)似人腦的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

圖片來(lái)自資源庫(kù)，由AI生成

2024年2月1日，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校張素春團(tuán)隊(duì)在《細(xì)胞干細(xì)胞》(Cell Stem Cell)期刊發(fā)表了題為：3D bioprinting of human neural tissues withfunctional connectivity的研究論文。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.12.009

該研究開(kāi)發(fā)出了第一個(gè)3D打印的功能性人腦組織，它可以像典型的人腦組織一樣生長(zhǎng)和發(fā)揮作用。這對(duì)于研究大腦及治療廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)和神經(jīng)發(fā)育障礙（例如阿爾茨海默病和帕金森病）來(lái)說(shuō)具有重要意義。

研究成果：

• 3D打印的腦組織能夠形成網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行通信，這與人腦的相互作用類(lèi)似。
• 這種新的打印方法能夠精確地控制細(xì)胞類(lèi)型和排列，超越了傳統(tǒng)的大腦模擬器官所能達(dá)到的能力。
• 該技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于許多實(shí)驗(yàn)室，不需特殊設(shè)備或培養(yǎng)方法，對(duì)研究各類(lèi)神經(jīng)系統(tǒng)疾病和治療方法將產(chǎn)生重大影響。
  

“這可能是一個(gè)非常強(qiáng)大的模型，它將幫助我們了解人腦細(xì)胞和不同腦區(qū)是如何進(jìn)行交流的，”威斯康星大學(xué)麥迪遜分校魏斯曼中心的神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)病學(xué)教授張?zhí)K春表示?！拔覀兊慕M織相對(duì)較薄，這使神經(jīng)元能夠輕松從生長(zhǎng)介質(zhì)中獲取充足的氧氣和營(yíng)養(yǎng)，”嚴(yán)煒偉教授補(bǔ)充道。

與傳統(tǒng)的垂直堆疊3D打印方法不同，研究人員采用了水平堆疊方式，并將腦細(xì)胞（由誘導(dǎo)多能干細(xì)胞生長(zhǎng)出的神經(jīng)元）放置在比之前嘗試使用的更柔軟的“生物墨水”凝膠中。這種組織具有足夠的結(jié)構(gòu)完整性，同時(shí)又足夠柔軟，可以讓神經(jīng)元彼此生長(zhǎng)并開(kāi)始交流，這些腦細(xì)胞就像桌面上并排放置的鉛筆一樣緊密相鄰。這種3D打印的組織相對(duì)較薄，這讓神經(jīng)元更容易從生長(zhǎng)介質(zhì)中獲取必需的氧氣和營(yíng)養(yǎng)。

結(jié)果是顯而易見(jiàn)的——即細(xì)胞能夠相互交流。打印的細(xì)胞在介質(zhì)中形成了網(wǎng)絡(luò)，不僅在每個(gè)打印層內(nèi)部，也在不同層之間建立了聯(lián)系，形成了與人腦類(lèi)似的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)元通過(guò)神經(jīng)遞質(zhì)進(jìn)行通信、發(fā)送信號(hào)、相互作用，甚至與添加到打印組織中的支持細(xì)胞形成恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)。

該研究還打印了大腦皮層和紋狀體的細(xì)胞，結(jié)果顯示，即使是來(lái)自大腦不同部分的細(xì)胞，它們也能以一種非常特殊和具體的方式進(jìn)行交流。這種打印技術(shù)提供了前所未有的精確性——對(duì)細(xì)胞類(lèi)型和排列的控制——這是傳統(tǒng)的大腦類(lèi)器官無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，類(lèi)器官的生長(zhǎng)通常需要較少的組織控制。

張?zhí)K春教授

“我們的實(shí)驗(yàn)室非常獨(dú)特，因?yàn)槲覀兛梢噪S時(shí)生成幾乎任何類(lèi)型的神經(jīng)元。然后我們可以以任何我們想要的方式將它們組合在一起，”張?zhí)K春教授說(shuō)?！耙?yàn)槲覀兡軌蛟O(shè)計(jì)打印組織，所以我們可以明確地觀察我們的人腦網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。我們可以非常具體地觀察神經(jīng)細(xì)胞在特定條件下是如何相互通信的，因?yàn)槲覀兡軌驕?zhǔn)確地打印出我們想要的內(nèi)容?！?br />
張?zhí)K春教授還表示，這種特殊性為研究提供了巨大的靈活性。打印的腦組織可用于研究唐氏綜合征細(xì)胞之間的信號(hào)傳導(dǎo)、健康組織與受阿爾茨海默病影響的鄰近組織之間的相互作用、測(cè)試新的候選藥物，甚至觀察大腦的生長(zhǎng)過(guò)程。