研究

中脑项目探索3D打印干细胞治疗神经疾病

一个干细胞研究项目,由阿斯顿大学正在开发3D纳米打印技术,他们声称该技术可能会给神经科学和帕金森氏症和痴呆症等疾病的治疗带来革命性的变化。

欧盟资助的中脑项目旨在生成可定制的3D打印干细胞神经元网络,以生产新一代精确建模和测试工具。

该项目希望通过结合人类干细胞生物学、纳米级3D打印、计算网络建模和光板显微镜等前沿研究,来解决当前神经元培养技术的局限性,以发现长期缓解脑功能障碍的新型治疗方案。

Meso-Brain希望能对大脑的功能提供有意义且切实可行的见解,并最终使研究人员能够比以往任何时候都更真实地精确地模拟大脑网络。

中脑项目概念。通过Meso-Brain形象。
中脑项目概念。通过Meso-Brain形象。

细胞3 d打印

干细胞通常作为身体的修复系统,并且,由于不专门化,能够发展成各种不同类型的细胞。因此,干细胞在需要的时候可以发育成血液、肌肉、脑细胞等特化细胞。

细胞3D打印是研究人员和3D打印公司越来越感兴趣的一个领域,作为一种利用这些理想特性的手段,特别是在再生医学和生物打印应用。

例如3D打印机OEM三维系统宣布在其上取得了突破打印到灌注生物打印平台今年早些时候,该公司现在可以快速生产全尺寸的人类肺支架,可以用活细胞灌注来制造组织。同时,科学家在布法罗大学的已经开发了一种新的3D生物打印方法,该方法减少了创建载细胞水凝胶结构所需的时间,可能带来3D打印器官更接近现实

在其他地方,来自新南威尔士大学开发了一种新技术3D打印模拟骨骼结构包含有骨组织工程和疾病建模潜在用途的活细胞,以及由隆德大学有能力支持新的细胞和血管生长一旦移植到新的材料中。

与中脑项目类似,3D生物打印技术此前已被医疗科技公司采用Fluicell研发公司Cellectricon,卡罗林斯卡医学院大学将神经脑细胞排列成复杂的模式以模拟神经系统疾病的发展过程。

利用Fluicell的Biopixlar平台,科学家们能够精确地3D打印一系列基于细胞的结构(如图)。通过Fluicell形象。
利用Fluicell的Biopixlar平台,科学家们能够精确地3D打印一系列基于细胞的结构(如图)。通过Fluicell形象。

Meso-Brain项目

该项目于2016年由阿斯顿大学首次启动,目标是使用纳米级3D打印来复制大脑的神经网络。自那以后,该项目得到了欧盟的进一步资助地平线2020 FET-Open加快神经科学研究和药物发现的步伐。

该项目由阿斯顿大学协调,由来自三个国家的六个合作伙伴组成,其中包括人类细胞培养专家Axol生物科学,数字服务提供商风筝创新光子科学研究所(ICFO)巴塞罗那大学,汉诺威LZH激光中心

Meso-Brain结合了“革命性的”工具,用于微加工、神经网络开发和监测,以及功能分析,带来具有定制特征的3D人类神经网络。

通过中脑,该联盟正在开发一种新型的神经培养和与导电聚合物集成的交互界面系统,这将促进电刺激和单个细胞的记录。

在大脑中自然发展的回路中,神经元和连接首先是一般配置的,然后随着时间的推移,随着化学和电活动的反应而逐渐完善。为了在研究人员自己的3D打印支架中复制这一过程,来自干细胞的神经元和星形胶质细胞在特定的嗜细胞点发育,通过使用化学信息和电活动来促进和驱动功能网络的发育。

之后,利用新开发的数学公式绘制功能连通图,验证3D打印神经网络结构的功能。

3D打印支架的可定制特性使荧光成像和光子和光学方法的询问成为可能,因此可以看到神经元如何实时相互作用。

通过United Therapeutics使用打印到灌注处理图像创建的人体血管模型
使用3D系统的打印到灌注过程创建的人体血管模型。图片来自United Therapeutics。

中脑的未来影响

希望中脑的研究进展能够使研究人员准确、动态地模拟大脑网络,以识别不同功能障碍状态的神经元,并测试它们对新药和其他治疗方法的反应。

根据项目合作伙伴的说法,人类3D神经网络的发展,展示了生理相关的和可复制的结构和活动,可能是科学社区的“基础”,使大规模的科学调查人类大脑网络功能。

该项目的结果还希望促进对人类细胞和人类疾病模型的大规模药物测试,并利用来自患者的干细胞,最终导致用于中枢神经系统治疗和修复的神经移植的进展。

最终,研究人员认为,中脑有助于理解和治疗一系列神经系统疾病,如痴呆、帕金森氏症和脑外伤。

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特征性图像显示颅脑损伤的CT扫描。通过Qrons形象。