3D打印干細胞或可修復腦損傷

英國牛津大學研究人員開發的這項突破性技術有朝一日可能為腦損傷者提供量身定制的修復。研究人員首次證明，神經細胞可以通過3D打印來模擬大腦皮層的結構。

這項研究結果發表在今天出版的英國《自然-通訊》雜志上。

腦損傷，包括由創傷、中風和腦腫瘤手術引起的腦損傷，通常會對大腦皮層(人類大腦的外層)造成嚴重損害，導致認知、運動和交流方面的困難。例如，全球每年約有7000萬人遭受創傷性腦損傷，其中500萬例傷情嚴重或致命。目前，嚴重的腦損傷尚無有效的治療方法，且極大影響了生活質量。

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胞能模仿大腦的結構。

牛津大學研究人員在這項新的研究中利用3D打印技術打印出人類神經干細胞，制造出一種雙層腦組織。當這些3D打印的細胞植入實驗鼠大腦切片時，它們顯示出與宿主組織在結構和功能上令人信服的融合。

研究報告的第一作者、牛津大學化學系博士金泳成(音)說：“這一進展標志著朝制造具有天然腦組織完整結構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，從長遠來看，它將為腦損傷者帶來希望。”

這種大腦皮層結構是由人類誘導多能干細胞制成，這種細胞可產生大多數人類組織中發現的細胞類型。

使用人類誘導多能干細胞進行組織修復的一個重要優勢是，它們可以很容易地從患者自身的細胞中提取，因此不會引發免疫反應。

通過使用生長因子和化學物質的特定組合，人類誘導多能干細胞被分化為大腦皮層兩個不同層的神經祖細胞。之后將這些細胞懸浮在溶液中產生兩種“生物墨水”，然后打印出兩層結構。

正如層特異性生物標記物的表達所示，在培養中，打印出來的組織其分層細胞結構保持了數周時間。

正如神經元跨越植入物-宿主邊界的遷移和神經過程投射所證明的那樣，當打印出來的組織被植入實驗鼠大腦切片時，它們表現出強烈融合性。植入的細胞也顯示出與宿主細胞相關的信號活性。這表明人類細胞與實驗鼠細胞在相互交流，顯示出在功能和結構方面的融合。

研究人員現在打算進一步改進“生物墨滴”打印技術，以創造復雜的多層大腦皮層組織，更逼真地模仿人類大腦的結構。除了修復腦損傷的潛力之外，這些改造組織還可能用于藥物評估、大腦發育研究，以及提高我們對認知基礎的理解。

這項研究不斷取得新進展的基礎是，該研究團隊長達十年為人工合成組織和培養細胞進行3D打印技術的發明和專利申請。

研究報告的資深作者、牛津大學化學系博士周琳娜(音)說：“我們的(生物)墨滴打印技術提供了一種人工設計所需結構的活體3D組織的方法，這使我們更接近于針對腦損傷創建個性化植入治療方案。”

研究報告的資深作者、牛津大學生理學、解剖學和遺傳學系副教授弗朗西斯·塞萊補充說：“活體腦切片的使用為探究3D打印在大腦修復中的效用創建了一個強大的平臺。這是一個天然橋梁，連接了3D打印皮層柱體外發育的研究和其在動物模型受損大腦的融入。”

研究報告的資深作者、牛津大學生理學、解剖學和遺傳學系教授佐爾坦·莫爾納說：“人類大腦的發育是一個有著復雜編排的微妙而精細的過程。要是以為我們在實驗室里就能重現整個細胞生命進程，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多能干細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展。”

研究報告的資深作者、牛津大學化學系教授黑根·貝利說：“這種充滿未來主義色彩的努力只能通過多學科高度互動來實現，牛津大學的化學系與生理學、解剖學和遺傳學系都參與了此項研究。”

文章來源：參考消息