研究人員開發(fā)了一種方法，通過展示3D打印干細(xì)胞復(fù)制大腦皮層復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力，為腦損傷的定制治療提供了潛力。

組織工程在再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展中繼續(xù)發(fā)揮著不可或缺的作用。大量研究表明，組織工程方法可以成功修復(fù)和恢復(fù)受損的器官和組織，例如骨骼、軟骨和皮膚。然而，重新認(rèn)識由分層細(xì)胞成分（例如大腦皮層）組成的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性提出了挑戰(zhàn)。

3D打印神經(jīng)干細(xì)胞為修復(fù)腦損傷帶來希望

腦損傷，包括中風(fēng)、腦腫瘤和癲癇的手術(shù)干預(yù)引起的腦損傷，可能會導(dǎo)致大腦皮層損傷。這反過來又會導(dǎo)致運(yùn)動障礙和認(rèn)知功能障礙。

目前，尚無有效的腦損傷治療方法。

用于組織修復(fù)的再生療法，特別是那些涉及使用患者自身干細(xì)胞進(jìn)行植入的療法，作為治療腦損傷的未來途徑具有巨大的潛力。然而，一個(gè)重大挑戰(zhàn)是缺乏可靠的方法來確保這些植入的干細(xì)胞復(fù)制大腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

在最新進(jìn)展中，英國牛津大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)，可以3D打印神經(jīng)干細(xì)胞來模擬大腦的結(jié)構(gòu)，特別是大腦皮層。

研究人員結(jié)合生長因子和化學(xué)物質(zhì)，誘導(dǎo)人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSC）分化為兩種神經(jīng)祖細(xì)胞。然后，將包含hiPSC衍生的神經(jīng)祖細(xì)胞的液滴進(jìn)行3D打印，以形成組織成兩層的大腦皮質(zhì)組織。培養(yǎng)時(shí)，生物標(biāo)志物表達(dá)表明打印的組織保持了其分層細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

此外，研究小組還將三維打印組織植入活體小鼠腦片中，觀察信號活動以及神經(jīng)過程的投射和神經(jīng)元的遷移。他們的觀察結(jié)果表明，打印組織已成功融入腦片。

該研究的資深作者弗朗西斯-塞勒（Francis Szele）評論說：”活體腦片的使用為研究3D打印在大腦修復(fù)中的作用提供了一個(gè)強(qiáng)大的平臺。這是在體外研究3D打印皮質(zhì)柱發(fā)育和在動物損傷模型中將其融入大腦之間的一座天然橋梁。

這項(xiàng)研究為使用由患者自身誘導(dǎo)多能干細(xì)胞創(chuàng)建的三維組織治療腦損傷的個(gè)性化植入物奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。展望未來，研究人員正在努力改進(jìn)液滴打印技術(shù)，以模擬人腦生產(chǎn)復(fù)雜的多層大腦皮層組織。

該研究的資深作者Linna Zhou補(bǔ)充說：”我們的液滴打印技術(shù)提供了一種方法，可以設(shè)計(jì)出具有所需結(jié)構(gòu)的活體三維組織，這讓我們離創(chuàng)造個(gè)性化的腦損傷植入治療方法更近了一步。

參考資料：Jin Y, Mikhailova E, Lei M et al. Integration of 3D-printed cerebral cortical tissue into an ex vivo lesioned brain slice. Nat Commun. 14, 5986 (2023).

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