Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια νέα τεχνική για 3D εκτύπωση εγκεφαλικού ιστού, τα κύτταρα κύτταρα του οποίου εξελίχθηκαν σε λειτουργικούς νευρώνες που επικοινωνούσαν μεταξύ τους μέσα σε λίγες εβδομάδες.
Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη υγιών και μη εγκεφάλων, τη δοκιμή φαρμάκων ή απλώς την παρατήρηση του τρόπου ανάπτυξης του εγκεφάλου, υποστηρίζουν οι επιστήμονες στη σχετική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Cell Stem Cell.
Η δημιουργία ενός οργάνου όσο το δυνατόν πιο κοντά στο πραγματικό είναι απαραίτητο για την έρευνα που διερευνά την παθολογία ασθενειών και δοκιμάζει νέα φάρμακα. Ο εγκέφαλος παρουσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, όπως το γεγονός ότι οι νευρώνες που αναπτύσσονται στο εργαστήριο πρέπει να σχηματίσουν λειτουργικές συνδέσεις και ο εγκεφαλικός ιστός πρέπει να υποστηρίζει μια περίπλοκη αλλά λεπτή αρχιτεκτονική.
Νέες γνώσεις για την ανάπτυξη και τη λειτουργία του εγκεφάλου
Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ουισκόνσιν-Μάντισον (UW-Madison) εκτύπωσαν τώρα επιτυχώς τρισδιάστατο εγκεφαλικό ιστό που αναπτύσσεται και λειτουργεί όπως ένας τυπικός εγκέφαλος.
«Αυτό θα μπορούσε να είναι ένα εξαιρετικά ισχυρό μοντέλο που θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε πώς επικοινωνούν τα εγκεφαλικά κύτταρα και τα μέρη του εγκεφάλου στους ανθρώπους», δήλωσε ο Su-Chun Zhang, συγγραφέας της μελέτης. «Θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που βλέπουμε τη βιολογία των βλαστοκυττάρων, τη νευροεπιστήμη και την παθογένεια πολλών νευρολογικών και ψυχιατρικών διαταραχών».
Οι ερευνητές στόχευσαν να κατασκευάσουν νευρικό ιστό σε στρώματα στον οποίο τα νευρικά προγονικά κύτταρα (NPC) ωριμάζουν και σχηματίζουν συνδέσεις (συνάψεις) εντός και κατά μήκος των στιβάδων, διατηρώντας παράλληλα τη δομή. Αν και τα τυπωμένα κύτταρα παρέμειναν μέσα στα καθορισμένα στρώματά τους, οι νευρώνες σχημάτισαν λειτουργικές συναπτικές συνδέσεις μέσα και μεταξύ των στρωμάτων μέσα σε δύο έως πέντε εβδομάδες μετά την εκτύπωση.
«Ο ιστός έχει ακόμα αρκετή δομή για να συγκρατείται, αλλά είναι αρκετά μαλακός ώστε να επιτρέπει στους νευρώνες να αναπτυχθούν και να αρχίσουν να επικοινωνούν μεταξύ τους. Ο ιστός μας παραμένει σχετικά λεπτός και αυτό διευκολύνει τους νευρώνες να λάβουν αρκετό οξυγόνο και αρκετά θρεπτικά συστατικά από τα μέσα ανάπτυξης», εξήγησε ο Δρ. Zhang.
Τα πλεονεκτήματα της νέας προσέγγισης
Οι ερευνητές λένε ότι η προσέγγισή τους προσφέρει ακρίβεια στους τύπους και τις διατάξεις των κυττάρων που δεν προσφέρουν τα οργανοειδή και άλλες μέθοδοι εκτύπωσης. Και η τεχνική εκτύπωσης δεν απαιτεί ειδικό εξοπλισμό ή μεθόδους καλλιέργειας για να διατηρηθεί ο ιστός υγιής, πράγμα που σημαίνει ότι θα είναι προσβάσιμος σε πολλά εργαστήρια.
«Το εργαστήριό μας είναι πολύ ιδιαίτερο καθώς είμαστε σε θέση να παράγουμε σχεδόν οποιονδήποτε τύπο νευρώνων ανά πάσα στιγμή. Μπορούμε να τα συνδυάσουμε σχεδόν οποιαδήποτε στιγμή και με όποιον τρόπο θέλουμε», είπε ο Δρ. Zhang και πρόσθεσε:
«Επειδή μπορούμε να εκτυπώσουμε τον ιστό βάσει σχεδίου, μπορούμε να έχουμε ένα καθορισμένο σύστημα για να δούμε πώς λειτουργεί το δίκτυο του ανθρώπινου εγκεφάλου. Μπορούμε να δούμε πολύ συγκεκριμένα πώς επικοινωνούν τα νευρικά κύτταρα μεταξύ τους υπό συγκεκριμένες συνθήκες, επειδή μπορούμε να εκτυπώσουμε ακριβώς αυτό που θέλουμε».
«Αυτή τη στιγμή, ο εκτυπωτής μας είναι ένας εκτυπωτής που διατίθεται στο εμπόριο. Μπορούμε να κάνουμε κάποιες εξειδικευμένες βελτιώσεις για να μας βοηθήσουν να εκτυπώσουμε συγκεκριμένους τύπους εγκεφαλικού ιστού κατά παραγγελία», δήλωσε με τη σειρά του ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Yuanwei Yan.
Οι ερευνητές λένε ότι ο εκτυπωμένος εγκεφαλικός ιστός τους θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της σηματοδότησης κυττάρων στο σύνδρομο Down, των αλληλεπιδράσεων μεταξύ υγιών και ιστών που επηρεάζονται από τη νόσο Αλτσχάιμερ, για τη δοκιμή νέων υποψηφίων φαρμάκων ή απλώς για την παρακολούθηση της ανάπτυξης του εγκεφάλου.
«Στο παρελθόν, κοιτούσαμε συχνά ένα πράγμα κάθε φορά, πράγμα που σημαίνει ότι συχνά χάνουμε ορισμένα κρίσιμα στοιχεία. Θέλουμε να εκτυπώσουμε εγκεφαλικό ιστό με αυτόν τον τρόπο, επειδή τα κύτταρα δεν λειτουργούν από μόνα τους. Μιλάνε μεταξύ τους. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί ο εγκέφαλός μας και πρέπει να τον μελετήσουμε έτσι ώστε να το κατανοήσουμε πραγματικά», καταλήγουν οι επιστήμονες.