據(jù)美國《科學(xué)日報》網(wǎng)站10月4日報道，研究人員通過3D打印人類干細(xì)胞，制造出了一種代表簡化大腦皮層的改造組織。這些組織植入實驗鼠大腦切片時會與宿主組織融為一體。
英國牛津大學(xué)研究人員開發(fā)的這項突破性技術(shù)有朝一日可能為腦損傷者提供量身定制的修復(fù)。研究人員首次證明，神經(jīng)細(xì)胞可以通過3D打印來模擬大腦皮層的結(jié)構(gòu)。
這項研究結(jié)果發(fā)表在今天出版的英國《自然-通訊》雜志上。
腦損傷，包括由創(chuàng)傷、中風(fēng)和腦腫瘤手術(shù)引起的腦損傷，通常會對大腦皮層(人類大腦的外層)造成嚴(yán)重?fù)p害，導(dǎo)致認(rèn)知、運動和交流方面的困難。例如，全球每年約有7000萬人遭受創(chuàng)傷性腦損傷，其中500萬例傷情嚴(yán)重或致命。目前，嚴(yán)重的腦損傷尚無有效的治療方法，且極大影響了生活質(zhì)量。
人體組織再生療法，特別是那些給患者植入來自他們自身干細(xì)胞的療法，有望成為未來治療腦損傷的一種路徑。然而，到目前為止，還沒有辦法確保植入的干細(xì)胞能模仿大腦的結(jié)構(gòu)。
牛津大學(xué)研究人員在這項新的研究中利用3D打印技術(shù)打印出人類神經(jīng)干細(xì)胞，制造出一種雙層腦組織。當(dāng)這些3D打印的細(xì)胞植入實驗鼠大腦切片時，它們顯示出與宿主組織在結(jié)構(gòu)和功能上令人信服的融合。
研究報告的第一作者、牛津大學(xué)化學(xué)系博士金泳成(音)說：“這一進(jìn)展標(biāo)志著朝制造具有天然腦組織完整結(jié)構(gòu)和功能的材料邁出了重要的一步。這項研究工作將為探索人類大腦皮層的運作原理提供一個獨特的機會，從長遠(yuǎn)來看，它將為腦損傷者帶來希望。”
這種大腦皮層結(jié)構(gòu)是由人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞制成，這種細(xì)胞可產(chǎn)生大多數(shù)人類組織中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞類型。
使用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞進(jìn)行組織修復(fù)的一個重要優(yōu)勢是，它們可以很容易地從患者自身的細(xì)胞中提取，因此不會引發(fā)免疫反應(yīng)。
通過使用生長因子和化學(xué)物質(zhì)的特定組合，人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞被分化為大腦皮層兩個不同層的神經(jīng)祖細(xì)胞。之后將這些細(xì)胞懸浮在溶液中產(chǎn)生兩種“生物墨水”，然后打印出兩層結(jié)構(gòu)。
正如層特異性生物標(biāo)記物的表達(dá)所示，在培養(yǎng)中，打印出來的組織其分層細(xì)胞結(jié)構(gòu)保持了數(shù)周時間。
正如神經(jīng)元跨越植入物-宿主邊界的遷移和神經(jīng)過程投射所證明的那樣，當(dāng)打印出來的組織被植入實驗鼠大腦切片時，它們表現(xiàn)出強烈融合性。植入的細(xì)胞也顯示出與宿主細(xì)胞相關(guān)的信號活性。這表明人類細(xì)胞與實驗鼠細(xì)胞在相互交流，顯示出在功能和結(jié)構(gòu)方面的融合。
研究人員現(xiàn)在打算進(jìn)一步改進(jìn)“生物墨滴”打印技術(shù)，以創(chuàng)造復(fù)雜的多層大腦皮層組織，更逼真地模仿人類大腦的結(jié)構(gòu)。除了修復(fù)腦損傷的潛力之外，這些改造組織還可能用于藥物評估、大腦發(fā)育研究，以及提高我們對認(rèn)知基礎(chǔ)的理解。
這項研究不斷取得新進(jìn)展的基礎(chǔ)是，該研究團隊長達(dá)十年為人工合成組織和培養(yǎng)細(xì)胞進(jìn)行3D打印技術(shù)的發(fā)明和專利申請。
研究報告的資深作者、牛津大學(xué)化學(xué)系博士周琳娜(音)說：“我們的(生物)墨滴打印技術(shù)提供了一種人工設(shè)計所需結(jié)構(gòu)的活體3D組織的方法，這使我們更接近于針對腦損傷創(chuàng)建個性化植入治療方案。”
研究報告的資深作者、牛津大學(xué)生理學(xué)、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系副教授弗朗西斯·塞萊補充說：“活體腦切片的使用為探究3D打印在大腦修復(fù)中的效用創(chuàng)建了一個強大的平臺。這是一個天然橋梁，連接了3D打印皮層柱體外發(fā)育的研究和其在動物模型受損大腦的融入?！?/p>
研究報告的資深作者、牛津大學(xué)生理學(xué)、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系教授佐爾坦·莫爾納說：“人類大腦的發(fā)育是一個有著復(fù)雜編排的微妙而精細(xì)的過程。要是以為我們在實驗室里就能重現(xiàn)整個細(xì)胞生命進(jìn)程，那也太天真了。盡管如此，我們的3D打印項目在控制人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的命運和排列形成大腦皮層的基本功能單元方面取得了重大進(jìn)展。”
研究報告的資深作者、牛津大學(xué)化學(xué)系教授黑根·貝利說：“這種充滿未來主義色彩的努力只能通過多學(xué)科高度互動來實現(xiàn)，牛津大學(xué)的化學(xué)系與生理學(xué)、解剖學(xué)和遺傳學(xué)系都參與了此項研究?！?/p>
來源：參考消息網(wǎng)
原標(biāo)題：3D打印干細(xì)胞或可修復(fù)腦損傷
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