ウィスコンシン大学:研究者らが機能的な人間の脳組織を3Dプリント

ウィスコンシン大学:研究者らが機能的な人間の脳組織を3Dプリント
2024年2月、アンタークティックベアは、ウィスコンシン大学マディソン校の科学者チームが、一般的な脳組織のように成長し機能する初の3Dプリント脳組織を開発したことを知りました。これは、脳を研究し、幅広い治療法に取り組んでいる科学者にとって非常に重要な成果です。アルツハイマー病やパーキンソン病などの神経疾患および神経発達障害。

「これは、人間の脳細胞や脳の各部位がどのようにコミュニケーションをとるかを理解するのに非常に役立つモデルであり、幹細胞生物学、神経科学、多くの神経疾患や精神疾患の発症に影響を与える」とウィスコンシン大学マディソン校ワイズマンセンターの神経科学・神経学教授、スー・チュン・チャン氏は述べた。



雑誌「Cell Stem Cell」に掲載されたこの研究では、脳細胞(人工多能性幹細胞から成長したニューロン)が柔らかいバイオインクゲルの中に入れられました。研究者らは、組織はまだまとまるのに十分な強度があるが、ニューロンが互いに成長し、相互に通信を開始できるほど柔らかいとも述べている。細胞は、机の上で鉛筆が並んでいるように並んで配置され、組織は比較的薄いままであり、ニューロンは成長培地から十分な酸素と栄養素を容易に得ることができます。


△研究員 張 蘇俊

印刷された細胞は媒体中を移動し、各印刷層内および各層間で接続を形成し、人間の脳に匹敵するネットワークを作成し、本質的に細胞が互いに通信できるようになります。ニューロンは神経伝達物質を介して通信し、信号を送信し、互いに相互作用し、さらには印刷された組織に追加された支持細胞と適切なネットワークを形成します。

「私たちは皮質と線条体を印刷しましたが、非常に驚​​くべき発見がありました」とカリフォルニア大学バークレー校の精神医学および神経科学教授、スー・チュン・チャン氏は語った。「脳の異なる部分に属する異なる細胞を印刷したにもかかわらず、それらは非常に特別で具体的な方法で互いに通信することができました。」

3D 印刷技術の役割● 印刷技術は、細胞の種類と配置に対する精度と制御を提供しますが、これは脳オルガノイド (脳の研究に使用される小型臓器) では利用できず、オルガノイドの成長には組織化と制御があまり必要ありません。この研究室は、いつでもほぼあらゆる種類のニューロンを生成し、いつでもどのような方法でもそれらを組み合わせることができるという点でユニークだと研究者らは述べた。私たちは組織を設計通りに印刷することができ、人間の脳ネットワークがどのように機能するかを観察するための明確なシステムを持っています。この 3D 印刷はまさに私たちが望むものを印刷できるため、特定の条件下で神経細胞が互いにどのように通信するかを非常に具体的に観察できます。

●この特異性により柔軟性が得られ、3Dプリントされた脳組織は、ダウン症候群の細胞間のシグナル伝達、健康な組織とアルツハイマー病の影響を受けた隣接組織との相互作用の研究、新薬候補のテスト、さらには脳の成長の観察にも使用できる可能性があります。

この新しい印刷技術は、特別なバイオプリンティング装置や組織を健康に保つための培養方法を必要とせず、この分野ですでに一般的になっている顕微鏡、標準的な画像化技術、電極を使用して詳細に研究できるため、比較的アクセスしやすいものでもあります。


△研究員 ヤン・ユアンウェイ

ウィスコンシン大学マディソン校の研究者たちは、バイオインクをさらに改良し、組織内の細胞の特定の方向を印刷できるようにデバイスを改良することで、特化の可能性を探りたいと考えています。 現在、この研究室で使用されているプリンターは市販のデスクトッププリンターであり、いくつかの特別な機能を追加して、特定の種類の脳組織をオンデマンドで印刷することができます。

この研究は、NIH-NINDS(NS096282、NS076352、NS086604)、NICHD(HD106197、HD090256)、シンガポール国立医学研究評議会(MOH-000212、MOH-000207)、シンガポール教育省(MOE2018-T2-2-103)、パーキンソン病科学調整(ASAP-000301)、Bleser Family Foundation、およびBusta Foundationの支援を受けて実施されました。

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