研究人员创造了第一个功能性 3D 打印脑组织，它可以像真正的人类脑组织一样发育和形成连接。
威斯康星大学麦迪逊分校团队的这一非凡成就为神经科学家提供了一种新工具来研究脑细胞与人脑其他部分之间的通信，可能会带来更好的方法来治疗诸如此类的疾病和。
“它可能会改变我们看待事物的方式生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病的发病机制，”说神经科学家张素春是一篇描述这项研究的新论文的资深作者。
张和他的团队表示，许多实验室应该能够使用他们的新方法，因为它不需要特殊的生物打印设备。 此外，该组织很容易保持健康，并且可以使用显微镜和大多数实验室常见的其他设备进行研究。
3D 生物打印是一种计算机引导的过程，可构建材料层、细胞和其他组件来构建活体结构，在创建可复制的组织方面具有巨大潜力，在某些情况下真正的交易。
“因为我们可以通过设计打印组织，所以我们可以有一个明确的系统来观察我们的人类大脑网络如何运作，”说张. “我们可以非常具体地观察神经细胞在某些条件下如何相互交谈。”
研究人员解释说，为了了解研究健康和疾病的人类大脑网络，我们需要一个可靠的活体人类神经组织模型，因为动物模型无法完全复制大脑的复杂性。
但打印功能性人脑组织具有挑战性，并且迄今为止大多数 3D 打印组织缺乏细胞之间的适当连接。 神经元需要能够成熟，同时保持组织结构完整，而星形胶质细胞等支持细胞对于组织的正常运作至关重要。
早期的尝试使用不可生物降解的支架来防止神经细胞轻易迁移。 该团队没有使用通常的垂直分层，而是使用源自诱导多能神经元的水平分层。，放置在比以前的方法更柔软的“生物墨水”凝胶中。
他们打印的组织细胞可以在短短几周内在层内和层间形成类似大脑的网络。 神经元进行交流、发送信号、使用神经递质，甚至通过添加支持细胞形成网络。
“该组织仍然具有足够的结构来结合在一起，但它足够柔软，可以让神经元相互生长并开始相互交谈，”解释张.
“即使我们打印了属于大脑不同部分的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互交谈。”
他说，一次研究一件事意味着错过关键的组成部分，因为大脑是在网络中运作的。 通过这种方式打印脑组织可以更清晰地观察细胞相互作用。
“我们打印了大脑皮层和纹状体，我们的发现非常惊人，”张说。
他们发现，打印的脑组织中投射的轴突反映了人类大脑的模式，即皮质神经元将轴突投射到纹状体。
这种 3D 打印方法的精度可以控制细胞类型和排列，这与用于大脑研究的微型实验室生长器官（称为大脑）不同。。
但原型无法控制成熟神经元的方向，而且打印的组织缺乏大脑类器官中看到的自然结构。 但张和同事表示，它是类器官的补充，是研究不同条件下大脑的有用方法。
“它可以用来研究大脑发育、人类发育、发育障碍、神经退行性疾病等的分子机制，”张解释。
该团队希望改进他们的流程，以创建具有可引导细胞的更特定的脑组织。
该研究发表于细胞干细胞。
