O echipă de cercetători de la Universitatea din Wisconsin-Madison a dezvoltat primul țesut cerebral imprimat 3D care poate crește și funcționa ca țesutul cerebral tipic. Este o realizare cu implicații importante pentru oamenii de știință care studiază creierul și lucrează la tratamente pentru o gamă largă de tulburări neurologice și neurodezvoltare, cum ar fi boala Alzheimer și Parkinson.

“Acesta ar putea fi un model extrem de puternic pentru a ne ajuta să înțelegem cum comunică celulele cerebrale și părțile creierului la oameni”, spune Su-Chun Zhang, profesor de neuroștiințe și neurologie la Centrul Waisman al UW-Madison. “Ar putea schimba modul în care privim biologia celulelor stem, neuroștiința și patogeneza multor tulburări neurologice și psihiatrice.”

Metodele de imprimare au limitat succesul încercărilor anterioare de a imprima țesut cerebral, potrivit lui Zhang și Yuanwei Yan, un cercetător din laboratorul lui Zhang. Grupul din spatele noului proces de imprimare 3D și-a descris metoda astăzi în revista Cell Stem Cell. În loc să folosească abordarea tradițională de imprimare 3D, stivuind straturi pe verticală, cercetătorii au mers orizontal. Ei au situat celulele cerebrale, neuroni cultivați din celule stem pluripotente induse, într-un gel “bio-cerneală” mai moale decât cel folosit în încercările anterioare.

“Țesutul are încă suficientă structură pentru a se ține împreună, dar este suficient de moale pentru a permite neuronilor să crească unii în alții și să înceapă să comunice între ei”, spune Zhang.

Celulele sunt așezate una lângă alta, ca niște creioane așezate unul lângă altul pe o masă.

“Țesutul nostru rămâne relativ subțire, ceea ce face ca neuronii să obțină ușor suficient oxigen și suficienți nutrienți din mediul de cultură”, spune Yan.

Rezultatele vorbesc de la sine – adică neuronii pot comunica între ei. Celulele imprimate ajung prin mediu pentru a forma conexiuni în interiorul fiecărui strat imprimat, precum și între straturi, formând rețele comparabile cu creierul uman. Neuronii comunică, trimit semnale, interacționează între ei prin neurotransmițători și formează chiar rețele adecvate cu celulele de suport care au fost adăugate la țesutul imprimat.

“Am imprimat cortexul cerebral și striatul, iar ceea ce am descoperit a fost destul de uimitor”, spune Zhang. “Chiar și atunci când am imprimat celule diferite aparținând unor zone diferite ale creierului, acestea puteau totuși să comunice între ele într-un mod foarte special și specific.”

Tehnica de imprimare oferă precizie – control asupra tipurilor și aranjamentului celulelor – care nu se găsește în organoizii cerebrali, organe miniaturale folosite pentru studierea creierului. Organoizii cresc cu mai puțină organizare și control.

“Laboratorul nostru este foarte special prin faptul că putem produce aproape orice tip de neuroni în orice moment. Apoi le putem asambla împreună aproape în orice moment și în orice mod dorim”, spune Zhang. “Deoarece putem imprima țesutul prin design, putem avea un sistem definit pentru a observa cum funcționează rețeaua creierului nostru uman. Putem analiza foarte specific cum comunică celulele nervoase între ele în anumite condiții, deoarece putem imprima exact ceea ce dorim.”

Această specificitate oferă flexibilitate. Țesutul cerebral imprimat ar putea fi folosit pentru a studia semnalizarea între celule în sindromul Down, interacțiunile dintre țesutul sănătos și țesutul vecin afectat de Alzheimer, testarea de noi candidați la medicamente sau chiar observarea dezvoltării creierului.

“În trecut, ne-am uitat adesea la câte un lucru odată, ceea ce înseamnă că pierdem adesea unele componente critice. Creierul nostru operează în rețele. Vrem să imprimăm țesut cerebral în acest fel pentru că celulele nu funcționează singure. Ele comunică între ele. Așa funcționează creierul nostru și trebuie studiat în ansamblu, astfel, pentru a-l înțelege cu adevărat”, spune Zhang. “Țesutul nostru cerebral ar putea fi folosit pentru a studia aproape orice aspect major al activității multor oameni de la Centrul Waisman. Poate fi folosit pentru a analiza mecanismele moleculare care stau la baza dezvoltării creierului, dezvoltării umane, dizabilităților de dezvoltare, tulburărilor neurodegenerative și multe altele.”

Noua tehnică de imprimare ar trebui să fie, de asemenea, accesibilă multor laboratoare. Nu necesită echipamente speciale de bio-imprimare sau metode de cultivare pentru a menține țesutul sănătos și poate fi studiat în profunzime cu microscoape, tehnici standard de imagistică și electrozi deja obișnuite în domeniu.

Cu toate acestea, cercetătorii doresc să exploreze în continuare potențialul de specializare, îmbunătățind în continuare bio-cerneala și rafinând echipamentul pentru a permite orientări specifice ale celulelor din țesutul lor imprimat.

“În prezent, imprimanta noastră este una comercializată pe bancă”, spune Yan. “Putem face unele îmbunătățiri specializate pentru a ne ajuta să imprimăm tipuri specifice de țesut cerebral la cerere.”

Acest studiu a fost susținut parțial de NIH-NINDS (NS096282, NS076352, NS086604), NICHD (HD106197, HD090256), Consiliul Național de Cercetare Medicală din Singapore (MOH-000212, MOH-000207), Ministerul Educației din Singapore (MOE2018-T2-2-103), Aligning Science Across Parkinson’s (ASAP-000301), Fundația Familiei Bleser și Fundația Busta.

sursa: https://news.wisc.edu/