《參考消息》：3D打印干細(xì)胞或可修復(fù)腦損傷

來源：參考消息

2023年10月27日，南極熊獲悉，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(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí)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(xiàng)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(xiàng)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(yùn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí)，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(bào)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(xiàng)研究工作將為探索人類大腦皮層的運(yùn)作原理提供一個(gè)獨(dú)特的機(jī)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)驗(yàn)鼠大腦切片時(shí)，它們表現(xiàn)出強(qiáng)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)研究不斷取得新進(jìn)展的基礎(chǔ)是，該研究團(tuán)隊(duì)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(bào)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(jì)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(gè)性化植入治療方案�！�

研究報(bào)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(bǔ)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(gè)強(qiáng)大的平臺。這是一個(gè)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�！�

研究報(bào)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(gè)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(shí)驗(yàn)室里就能重現(xiàn)整個(gè)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(xiàng)目在控制人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的命運(yùn)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(bào)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(shí)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(xiàng)研究�！�