3D打印在過去聽起來像天方夜潭，但現(xiàn)在3D打印心臟支架，替代骨骼等已經(jīng)有了臨床上的應用， 為我們帶來很多以前難以想象的驚喜。通常認為只有相對硬一些的材料可被3D打印出來，而大腦、肺等軟組織，很難通過3D打印技術獲得。是因為3D打印過程通常涉及逐層建造物體，下層需要能支撐不斷增長的結構重量，打印非常柔軟的材料，容易出現(xiàn)底層材料崩塌問題。但是近年來，3D打印技術已經(jīng)開始逐漸應用到神經(jīng)外科的臨床工作中，并有了較為成功的嘗試，有望為神經(jīng)疾病研究帶來巨大挈機！

2024年2月1日，來自美國威斯康星大學的研究人員在Cell Stem Cell發(fā)表了關于3D打印腦組織方面的研究，并成功研發(fā)出能夠生長并且可發(fā)揮功能的人造腦組織，該研究標志著人們在神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育障礙研究領域邁出了非常關鍵的一步！

1. 采用先進的 3D 打印技術打印人類神經(jīng)組織

傳統(tǒng)的 3D 打印方法往往限制了對細胞類型的控制，在打印腦組織方面一直沒有取得突破。本研究中，科學家們采用了全新的三維打印技術，其關鍵特色在于采用「水平層疊法」使腦細胞（由誘導性多能干細胞分化而來）能夠更好地相互連接和溝通。此外，他們也開發(fā)出了更柔軟的「生物墨水」從而為神經(jīng)元生長和相互交流提供了更好的環(huán)境條件。此外，他們還通過「細胞精細排列」方法使細胞并排放置，使得它們能夠充分獲取氧氣和營養(yǎng)。

2. 神經(jīng)元亞型在 3D 打印組織中形成功能網(wǎng)絡

在打印后第 15 天，科學家們發(fā)現(xiàn)打印的皮質和紋狀體神經(jīng)元保持良好。打印后第 60 天，他們通過對人類多能干細胞（hPSC）打印的組織進行檢查，發(fā)現(xiàn)皮質神經(jīng)元成功表達皮質轉錄因子 TBR1、CTIP2 和 SATB2，同時還觀察到 γ-氨基丁酸（GABA）亞型。表明 3D 打印的大腦能夠形成網(wǎng)絡并通過神經(jīng)遞質進行溝通，類似于人類大腦的交流方式。此外，打印出的神經(jīng)元能夠相互溝通、發(fā)送信號、通過神經(jīng)遞質相互作用，且細胞也可以跨越打印層相互連接，形成與人類大腦相似的網(wǎng)絡。

3. 3D 打印的人類神經(jīng)組織適合模擬病理過程

為了進一步評估上述 3D 打印組織是否適合于檢查病理過程，科學家們還以亞歷山大病（AxD，一種由 GFAP 基因突變引起的神經(jīng)退行性疾病）為例，在功能水平上評估了 3D 打印中的神經(jīng)元-星形膠質細胞的相互作用。發(fā)現(xiàn)在打印后第 20 天，打印的 AxD 組織顯示出比對照組更低的谷氨酸轉運體 1（GLT-1）表達水平。打印后的第 30 天，MAP2+神經(jīng)元和 GFAP+星形膠質細胞表現(xiàn)出復雜形態(tài)，并且具有突觸蛋白表達和精細的活動過程。

總的來說，該研究成功打印出能生長并發(fā)揮功能的人造腦組織，通過水平層疊法和更柔軟的生物墨水使神經(jīng)元能夠相互連接并形成類似于人類大腦結構的神經(jīng)網(wǎng)絡，從而為神經(jīng)和神經(jīng)發(fā)育障礙研究提供了強有力的新工具，為研究大腦功能和疾病提供了從來未有的機會，同時也為探究大腦發(fā)育以及阿爾茨海默病和帕金森并等神經(jīng)疾病研究開拓了新的途徑！

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