به‌تازگی محققان از یک تکنیک جدید برای چاپ سه بعدی بافت مغز استفاده کرده‌اند .در این روش سلول‌ها به نورون‌های عملکردی تبدیل شده و در عرض چند هفته با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.
به گزارش تکناک، محققان می‌گویند که این رویکرد می‌تواند برای مطالعه مغزهای سالم و ناسالم، آزمایش داروها یا مشاهده ساده چگونگی رشد مغز مورد استفاده قرار گیرد.
ایجاد اندامی که تا حد امکان نزدیک به واقعیت باشد، برای تحقیق در مورد آسیب‌شناسی بیماری‌ها و آزمایش داروهای جدید ضروری است. مغز همواره با موانع خاصی مواجه است، از جمله این واقعیت که نورون‌های رشد یافته در آزمایشگاه باید اتصالات عملکردی ایجاد کنند و بافت مغز باید از یک معماری پیچیده اما ظریف پشتیبانی کند.
به‌تازگی محققان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون (UW-Madison) بافت مغز را با پرینت سه‌بعدی با موفقیت پرینت کردند که رشد می‌کند و مانند یک مغز معمولی عمل می کند.
سوچون ژانگ، نویسنده مسئول این مطالعه گفت: این مغز چاپ شده می‌تواند یک الگوی بسیار قدرتمند برای کمک به درک نحوه ارتباط سلول‌های مغز و بخش‌هایی از مغز در انسان باشد. این الگو می‌تواند نگاه ما به زیست‌شناسی سلول‌های بنیادی، علوم اعصاب و پاتوژن‌های بسیاری از بیماری‌های عصبی و روانپزشکی را تغییر دهد.
هدف محققان ساخت بافت عصبی لایه‌ای بود که در آن سلول‌های پیش‌ساز عصبی (NPCs) بالغ می‌شوند و با حفظ ساختار، اتصالات (سیناپس) را در داخل و بین لایه‌ها تشکیل می‌دهند. آنها یک هیدروژل فیبرین را که عمدتاً از فیبرینوژن و ترومبین تشکیل شده بود به عنوان جوهر زیستی یا ماده زیستی مورد استفاده برای چاپ بافت انتخاب کردند، زیرا این ماده با سلول‌های عصبی، زیست‌سازگار است. فیبرینوژن و ترومبین هر دو در لخته شدن خون نقش دارند.
ویسکوزیته بالای ژل فیبرین، چاپ را دشوار می‌کرد، بنابراین محققان آن را با یک هیدروژل اسید هیالورونیک مخلوط کردند و خاطرنشان کردند که تعداد زیادی از NPCهای قرار داده شده در مخلوط زنده مانده و بالغ می‌شوند. افزودن یک هیدروژن دیگر، جوهر زیستی آنها را نرم‌تر از جوهرهایی که قبلاً استفاده می‌شد، کرد.
به جای استفاده از روش چاپ سه‌بعدی سنتی لایه‌های انباشته عمودی که نیاز به جوهر زیستی سفت چاپ شده در لایه‌های ضخیم دارد، محققان با چاپ یک لایه نازک یا نوار ژل تزریق‌شده از سلول در کنار لایه‌ای دیگر به صورت افقی، یک بافت طرح‌دار ایجاد کردند. برای جلوگیری از اختلاط باندهای چاپ شده، بلافاصله پس از رسوب مخلوط، از ترومبین به عنوان عامل اتصال عرضی استفاده شد.
اگرچه سلول‌های چاپ‌شده در لایه‌های تعیین شده خود باقی ماندند، نورون‌ها اتصالات سیناپسی عملکردی را در داخل و بین لایه‌ها طی دو تا پنج هفته پس از چاپ ایجاد کردند.
ژانگ گفت: بافتی که ما چاپ کردیم ساختار کافی برای ماندن در کنار هم را دارد، اما به اندازه‌ای نرم است که به نورون‌ها اجازه می‌دهد در کنار یکدیگر رشد کنند و شروع به ارتباط با یکدیگر کنند. این بافت نسبتاً نازک می‌ماند و این امر باعث می‌شود نورون‌ها به راحتی اکسیژن و مواد مغذی کافی را از محیط رشد دریافت کنند.
محققان سعی کردند بافت مغز را با استفاده از ترکیبات مختلف سلول در جوهر زیستی چاپ کنند.
ژانگ گفت: ما قشر مغز و جسم مخطط را چاپ کردیم و آنچه پیدا کردیم بسیار قابل توجه بود. حتی زمانی که سلول‌های مختلف متعلق به بخش‌های مختلف مغز را چاپ کردیم، آنها همچنان می‌توانستند به روشی بسیار خاص با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
محققان می‌گویند رویکرد آنها در مورد انواع و آرایش سلول‌ها دقتی را ارائه می‌دهد که ارگانوئیدها و سایر روش‌های چاپ قادر به ارائه آن نیستند. تکنیک چاپ به تجهیزات خاص یا روش‌های کشت برای سالم نگه داشتن بافت نیاز ندارد، به این معنی که باید برای بسیاری از آزمایشگاه‌ها در دسترس باشد.
ژانگ گفت: آزمایشگاه ما از این نظر بسیار خاص است و ما می‌توانیم تقریباً هر نوع نورون را در هر زمان تولید کنیم. سپس می‌توانیم آنها را تقریباً در هر زمان و به هر شکلی که دوست داریم کنار هم قرار دهیم. از آنجایی که می‌توانیم بافت را با طراحی چاپ کنیم، می‌توانیم یک سیستم تعریف‌شده به‌منظور بررسی نحوه عملکرد شبکه مغز انسان داشته باشیم. ما می‌توانیم به طور دقیق نحوه ارتباط سلول‌های عصبی تحت شرایط خاص با یکدیگر را بررسی کنیم، زیرا می‌توانیم دقیقاً آنچه را که می‌خواهیم، چاپ کنیم.
برنامه‌هایی برای اصلاح جوهر زیستی و تجهیزات موجود وجود دارد تا امکان جهت‌گیری سلول‌های خاص در بافت چاپی آنها فراهم شود.
یوان‌وی یان، نویسنده اصلی این مطالعه گفت: ما می‌توانیم یک سری تغییرات تخصصی را انجام دهیم تا چاپگرها به ما در چاپ انواع خاصی از بافت مغز در صورت تقاضا، کمک کنند.
محققان می‌گویند که از بافت مغز چاپ شده آنها می‌توان برای مطالعه سیگنال‌های سلولی در سندرم داون، تعامل بین بافت سالم و مبتلا به بیماری آلزایمر، آزمایش داروهای جدید یا مشاهده چگونگی رشد مغز استفاده کرد.
این مطالعه در مجله Cell Stem Cell منتشر شد.
