研究人員3D打印仿生神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)，為探索神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域開(kāi)辟新方法

導(dǎo)讀：3D 打印技術(shù)的出現(xiàn)極大地推動(dòng)了醫(yī)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)步。如今，該技術(shù)在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域也有了新的應(yīng)用。

2023年10月7日，南極熊獲悉，來(lái)自墨爾本莫納什大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種生物3D打印技術(shù)：利用生物墨水和活體神經(jīng)細(xì)胞（目前主要是老鼠的腦細(xì)胞）創(chuàng)建三維神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些三維結(jié)構(gòu)可以以特殊的方式模仿人腦中的復(fù)雜神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)連接。生物打印方法能夠以高分辨率和吞吐量制造不同生物墨水和細(xì)胞類型的柔軟、獨(dú)立的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，這為理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本問(wèn)題、工程神經(jīng)形態(tài)電路和體外藥物篩選提供了一個(gè)新途徑。

這項(xiàng)研究以題為“3D Functional Neuronal Networks inFree-Standing Bioprinted Hydrogel Constructs/獨(dú)立式生物打印水凝膠結(jié)構(gòu)中的 3D 功能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”的論文被發(fā)表在《》期刊上，由Yue Yao，Harold A，HelenaC. Parkington等人聯(lián)合撰寫(xiě)。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202300801

這一突破為探索神經(jīng)系統(tǒng)疾病、評(píng)估藥物療效以及加深我們對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)功能的理解開(kāi)辟了新的道路�？茖W(xué)家們通過(guò)將組織工程方法與生物打印相結(jié)合，成功地復(fù)制了大腦中的“灰質(zhì)”和“白質(zhì)”結(jié)構(gòu)。這種方法涉及使用兩種不同類型的生物墨水，一種包含活細(xì)胞，另一種由非細(xì)胞材料組成。3D 打印機(jī)首先將包含活細(xì)胞的層與無(wú)細(xì)胞層疊加起來(lái)。這個(gè)過(guò)程模仿了大腦在白質(zhì)和灰質(zhì)之間交替的方式。還定期插入特殊電極，以刺激神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的生長(zhǎng)并記錄其活動(dòng)。

△作為一種有前途的研究途徑，生物打印最終可能會(huì)替代傳統(tǒng)的動(dòng)物活體測(cè)試方法。（圖片來(lái)源：Freepik）

莫納什大學(xué)材料科學(xué)與工程系領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的 John Forsythe 教授表示，二維神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)物此前曾被用來(lái)探索神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成和病理機(jī)制。然而，這些相對(duì)平坦的結(jié)構(gòu)并不能真正重新表征神經(jīng)組織的三維復(fù)雜性。

Forsythe 教授解釋說(shuō)：“這項(xiàng)研究中生長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)緊密地復(fù)制了活體大腦中電路的 3D 性質(zhì)，其中神經(jīng)細(xì)胞延伸稱為神經(jīng)突的過(guò)程，以在皮層不同層之間形成連接。我們發(fā)現(xiàn)，從印刷的“灰質(zhì)”或細(xì)胞層中的神經(jīng)元生長(zhǎng)的投影很容易穿過(guò)“白質(zhì)”層，并將其用作與其他層中的神經(jīng)元進(jìn)行通信的高速公路。我們不僅能夠構(gòu)建與我們?cè)诖竽X區(qū)域中看到的類似的基本布局，而且我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元實(shí)際上以類似的方式表現(xiàn)和執(zhí)行�！�

這項(xiàng)研究表明，3D 打印的活神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)可能為研究神經(jīng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何形成和發(fā)育提供一個(gè)有前途的平臺(tái)。此外，它還提供了研究某些疾病對(duì)神經(jīng)傳遞的影響以及藥物對(duì)神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)的影響的機(jī)會(huì)。

△生物打印作為醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的有用工具已取得進(jìn)展（照片來(lái)源：Philip Ezze，CC-BY-SA-4.0）