O echipă de oameni de ştiinţă americani a produs primul ţesut cerebral imprimat în 3D care poate creşte şi funcţiona ca ţesutul natural al creierului.
Realizarea are implicaţii importante pentru oamenii de ştiinţă care studiază creierul şi lucrează la tratamente pentru o gamă largă de tulburări neurologice şi de neurodezvoltare, cum ar fi Alzheimer şi Parkinson.
„Acesta ar putea fi un model extrem de puternic pentru a ne ajuta să înţelegem modul în care comunică celulele cerebrale şi părţi ale creierului la om", spune Su-Chun Zhang, profesor de neuroştiinţe şi neurologie la Centrul Waisman din cadrul universităţii din Wisconsin-Madison (UW-Madison).
„Ar putea schimba modul în care privim biologia celulelor stem, neuroştiinţa şi patogeneza multor tulburări neurologice şi psihiatrice", adaugă cercetătorul american.
Metodele de imprimare au limitat succesul încercărilor anterioare de a imprima ţesut cerebral, potrivit echipei de la UW-Madison.
Grupul descrie metoda într-un număr recent al revistei Cell Stem Cell.
În loc să folosească abordarea tradiţională de imprimare 3D, care constă în umplerea straturilor pe verticală, cercetătorii au folosit o tehnică pe orizontală.
Ei au situat celulele cerebrale, neuroni crescuţi din celule stem pluripotente induse, într-un gel „bio-ink" (material biologic) mai moale decât cel folosit în încercările anterioare.
„Ţesutul are încă suficientă structură pentru a se menţine împreună, dar este suficient de moale pentru a permite neuronilor să crească unul în altul şi să înceapă să comunice între ei", explică Zhang.
„Ţesutul nostru rămâne relativ subţire şi acest lucru face ca neuronii să primească cu uşurinţă suficient oxigen şi suficiente substanţe nutritive din mediul de creştere", adaugă el.
Celulele sunt aşezate unele lângă altele şi pot comunica între ele, formând conexiuni în interiorul fiecărui strat tipărit, precum şi între straturi, alcătuind reţele comparabile cu creierul uman.
Neuronii comunică, trimit semnale, interacţionează între ei prin intermediul neurotransmiţătorilor şi chiar formează reţele adecvate cu celulele de suport care au fost adăugate la ţesutul imprimat.
„Am imprimat cortexul cerebral şi striatum-ul şi ceea ce am descoperit a fost destul de izbitor", continuă Zhang.
„Chiar şi atunci când am imprimat celule diferite aparţinând unor părţi diferite ale creierului, acestea au fost totuşi capabile să comunice între ele într-un mod foarte special şi specific".
Tehnica de tipărire oferă o precizie, prin controlul asupra tipurilor şi aranjamentului celulelor, care nu se regăseşte în organoizii cerebrali - organe miniaturale folosite pentru a studia creierul. Organoizii cresc cu mai puţină organizare şi control.
„Laboratorul nostru este foarte special prin faptul că suntem capabili să producem cam orice tip de neuroni în orice moment. Apoi îi putem asambla aproape în orice mod dorim", spune Zhang.
Putând imprima ţesutul prin proiectare în orice condiţii, cercetătorii au un sistem definit pentru a observa cum funcţionează reţeaua creierului uman, vizualizând foarte specific modul în care celulele nervoase comunică între ele în anumite condiţii. Această specificitate oferă flexibilitate.
Ţesutul cerebral tipărit ar putea fi folosit pentru a studia semnalizarea dintre celule în cazul sindromului Down, interacţiunile dintre ţesutul sănătos şi ţesutul vecin afectat de Alzheimer, pentru a testa noi medicamente candidat sau chiar pentru a urmări creşterea creierului.
„În trecut, ne-am uitat adesea la un singur lucru la un moment dat, ceea ce înseamnă că adesea ne scapă unele componente critice. Creierul nostru funcţionează în reţele. Vrem să imprimăm ţesutul cerebral în acest mod, deoarece celulele nu funcţionează de sine stătător. Ele vorbesc între ele. Acesta este modul în care funcţionează creierul nostru şi trebuie să fie studiat în acest fel, în ansamblu, pentru a-l înţelege cu adevărat", spune Zhang.
Potrivit acestuia, ţesutul cerebral ar putea fi folosit pentru a studia aproape toate aspectele majore ale creierului.
Astfel, poate fi folosit pentru a examina mecanismele moleculare care stau la baza dezvoltării creierului, a dezvoltării umane, a dizabilităţilor de dezvoltare, a tulburărilor neurodegenerative şi multe altele.
Noua tehnică de imprimare ar trebui să fie, de asemenea, accesibilă multor laboratoare.
Ea nu necesită echipamente speciale de bio-imprimare sau metode speciale de cultură pentru a menţine ţesutul sănătos şi poate fi studiată în profunzime cu ajutorul microscoapelor, tehnicilor standard de imagistică şi electrozilor deja obişnuiţi în domeniu.
Cercetătorii ar dori totuşi să exploreze în continuare, îmbunătăţind cerneala biologică şi perfecţionând echipamentul pentru a permite orientări specifice ale celulelor în ţesutul imprimat.
Echipa spune că prin îmbunătăţiri specializate ar putea imprima tipuri specifice de ţesut cerebral la cerere.
