Przełomowa technika opracowana przez naukowców z Uniwersytetu Oksfordzkiego może pewnego dnia zapewnić dostosowane do potrzeb leczenia osób, które doznały urazów mózgu. Naukowcy po raz pierwszy wykazali, że komórki nerwowe można wydrukować w 3D, aby naśladować architekturę kory mózgowej. Wyniki te opublikowano 4 października w czasopiśmie Nature Communications.
Postęp ten stanowi znaczący krok w kierunku wytwarzania materiałów o pełnej strukturze i funkcji naturalnych tkanek mózgowych. Prace zapewnią wyjątkową okazję do zbadania funkcjonowania ludzkiej kory mózgowej, a w dłuższej perspektywie zapewnią nadzieję osobom, które doznały urazów mózgu.
Urazy mózgu, w tym spowodowane urazem mechanicznym, udarem i operacją guza mózgu, zwykle powodują znaczne uszkodzenie kory mózgowej (zewnętrznej warstwy ludzkiego mózgu), co prowadzi do trudności w poznaniu, poruszaniu się i komunikacji. Obecnie nie ma skutecznych metod leczenia poważnych uszkodzeń mózgu, prowadzących do znaczącego wpływu na jakość życia.
Terapie regeneracyjne tkanek, zwłaszcza te, w których pacjentom wszczepia się implanty pochodzące z ich własnych komórek macierzystych, mogą w przyszłości okazać się obiecującą metodą leczenia urazów mózgu. Jednak do tej pory nie opracowano metody gwarantującej, że wszczepione komórki macierzyste naśladują architekturę mózgu.
W ramach nowego badania naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego wytworzyli dwuwarstwową tkankę mózgową poprzez wydruk 3D ludzkich nerwowych komórek macierzystych. Po wszczepieniu do skrawków mózgu myszy komórki wykazały przekonującą integrację strukturalną i funkcjonalną z tkanką gospodarza.
Strukturę korową utworzono z indukowanych przez człowieka pluripotencjalnych komórek macierzystych (hiPSC), które mają potencjał do wytwarzania typów komórek występujących w większości tkanek ludzkich. Kluczową zaletą stosowania hiPSC do naprawy tkanek jest to, że można je łatwo uzyskać z komórek pobranych od samych pacjentów, a zatem nie wywołują odpowiedzi immunologicznej.
Komórki hiPSC różnicowano w neuronalne komórki progenitorowe dla dwóch różnych warstw kory mózgowej, stosując specyficzne kombinacje czynników wzrostu i substancji chemicznych. Komórki następnie zawieszono w roztworze, aby wygenerować dwa „biofilamenty”, które następnie wydrukowano w celu uzyskania dwuwarstwowej struktury. W hodowli zadrukowane tkanki zachowywały swoją warstwową architekturę komórkową przez tygodnie, na co wskazuje ekspresja biomarkerów specyficznych dla warstw.
Po wszczepieniu wydrukowanych tkanek do skrawków mózgu myszy wykazano silną integrację, o czym świadczy projekcja procesów nerwowych i migracja neuronów przez granicę implant-gospodarz. Wszczepione komórki wykazywały także aktywność sygnalizacyjną, która korelowała z aktywnością komórek gospodarza. Wskazuje to, że komórki ludzkie i mysie komunikowały się ze sobą, wykazując integrację funkcjonalną i strukturalną.
Naukowcy zamierzają teraz dalej udoskonalać technikę druku, aby stworzyć złożone, wielowarstwowe tkanki kory mózgowej, które bardziej realistycznie naśladują architekturę ludzkiego mózgu. Oprócz ich potencjału w naprawie uszkodzeń mózgu, te zmodyfikowane tkanki mogą zostać wykorzystane do oceny leków, badań rozwoju mózgu i do poprawy naszego zrozumienia podstaw poznania.
To nowe osiągnięcie opiera się na dziesięcioletnim doświadczeniu zespołu w opracowywaniu i patentowaniu technologii druku 3D na potrzeby tkanek syntetycznych i hodowanych komórek.
Starsza autorka, dr Linna Zhou (Wydział Chemii Uniwersytetu Oksfordzkiego) stwierdziła:
– Nasza technika druku kropelkowego umożliwia konstruowanie żywych tkanek 3D o pożądanej architekturze, co przybliża nas do stworzenia spersonalizowanych metod leczenia urazów mózgu poprzez implantację.
Starszy autor, profesor nadzwyczajny Francis Szele (Wydział Fizjologii, Anatomii i Genetyki Uniwersytetu Oksfordzkiego) dodał:
– Wykorzystanie żywych wycinków mózgu tworzy potężną platformę do badania przydatności druku 3D w naprawie mózgu. Stanowi to naturalny pomost pomiędzy badaniem in vitro rozwoju kolumn korowych wydrukowanych na drukarce 3D a ich integracją z mózgami w zwierzęcych modelach uszkodzeń.
Starszy autor, profesor Zoltán Molnár (Wydział Fizjologii, Anatomii i Genetyki Uniwersytetu Oksfordzkiego) powiedział:
– Rozwój ludzkiego mózgu to delikatny i skomplikowany proces ze złożoną choreografią. Naiwnością byłoby sądzić, że możemy odtworzyć cały rozwój komórek w laboratorium. Niemniej jednak nasz projekt drukowania 3D wykazuje znaczny postęp w kontrolowaniu losów i układu ludzkich iPSC w celu utworzenia podstawowych jednostek funkcjonalnych kory mózgowej.
Starszy autor, profesor Hagan Bayley (Wydział Chemii Uniwersytetu Oksfordzkiego), powiedział:
– To futurystyczne przedsięwzięcie mogło zostać osiągnięte jedynie dzięki wysoce interdyscyplinarnym interakcjom, do których zachęcała Oksfordzka Szkoła Martina, obejmująca zarówno Wydział Chemii Oksfordu, jak i Wydział Fizjologii, Anatomii i Genetyki.
Żródło: materiały Uniwersytetu Oksfordzkiego, zdjęcie zajawka: kjpargeter/Freepik
Zostaw komentarz
You must be logged in to post a comment.