巴西研究人員開發(fā)出3D打印腦細胞的新方法，存活時長達兩周以上

2022年2月9日，南極熊獲悉，來自巴西圣保羅聯(lián)邦大學（UNIFESP）的研究人員開發(fā)了一種新的方法來3D打印腦細胞，這些腦細胞在打印后能夠存活至少14天。

在圣保羅研究基金會（FAPESP）研究經(jīng)費的資助下，這項研究制造出了一個據(jù)說比現(xiàn)有方案更類似于神經(jīng)組織的模型，它可以用來更好地了解神經(jīng)細胞與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關的功能。

研究人員還在利用他們的新方法探索未來可用于修復因創(chuàng)傷或中風而受損的大腦區(qū)域的材料。

UNIFESP醫(yī)學院教授、該論文的共同作者Marimelia Porcionatto告訴FAPESP："在生物體內，細胞是三維的，但在實驗室里生長時，它們在塑料上面，在培養(yǎng)基下面。這與組織或器官的自然組織非常不同，在那里，細胞是以三維方式排列的。我們開發(fā)的生物墨水試圖重現(xiàn)細胞和微環(huán)境以及其他細胞之間的關系，這是一個介于2d培養(yǎng)和動物實驗之間的系統(tǒng)。"

△生物墨水配置過程

3D打印神經(jīng)細胞

星形細胞是神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的細胞，在許多神經(jīng)過程和影響大腦的疾病中發(fā)揮著重要作用。這些特殊的細胞構成了研究人員的研究基礎，但他們開發(fā)的過程也可以適用于研究其他細胞類型。

例如，作為FAPESP資助的另一個項目的一部分，該團隊目前正在使用該方法分析被SARS-CoV-2（導致Covid-19的病毒）感染的星形膠質細胞和神經(jīng)元。

負責該研究的第一作者Bruna Alice Gomes de Melo說："我們正在測試不同的生物材料與神經(jīng)組織細胞--神經(jīng)元和神經(jīng)干細胞以及星形膠質細胞的兼容性。生物打印是組織工程中的一項最新技術，而神經(jīng)組織細胞特別敏感，所以這個方案對研究人員處理星形膠質細胞和其他腦細胞以及處理其他細胞類型的研究人員都很有用。"

新方法包括利用3D Biotechnology Solutions公司的一臺基于擠壓的3D打印機，3D打印一種充滿星形膠質細胞的新型生物墨水，以形成一個類似神經(jīng)的組織結構。生物墨水本身是由從小鼠大腦皮層中提取的星形膠質細胞和由明膠、層粘連蛋白和其他天然存在的生物材料組成的溶液。該團隊沒有從國外進口明膠（GelMA），而是在實驗室里自己生產(chǎn)，因此成本要低得多。

△打印過程

Melo補充說："在其他成分中，許多細胞在3D打印的壓力下存活了一段時間，但星形細胞的形態(tài)與活體組織不兼容，GelMA和層粘連蛋白是必不可少的�！�

生物打印的星形細胞的形態(tài)：細胞核被染成藍色，其余部分被染成紅色，顯示出與神經(jīng)組織中的狀態(tài)非常相似。圖片來自FAPESP/研究人員的檔案。

制造"活的"腦細胞

據(jù)報道，在3D打印結構成型的幾天后，星形膠質細胞開始復制，并以類似于在神經(jīng)組織中觀測到的方式行動。培養(yǎng)一周后，星形膠質細胞的活力明顯增加，表明3D結構為細胞生長提供了一個合適的微環(huán)境。

據(jù)研究人員稱，星形膠質細胞在打印后能夠存活至少14天，為研究其機制和行為提供了一個相當長的時間窗口。

展望未來，該團隊計劃通過在生物墨水混合物中加入神經(jīng)干細胞來增加其3D打印方法的復雜性。

Porcionatto告訴FAPESP："我們的想法是盡可能地接近神經(jīng)組織的復雜性，當這些過程在小鼠細胞中得到充分驗證后，我們將能夠開發(fā)出其他的人類細胞。它們將有助于各種研究，如候選藥物試驗，確定大腦發(fā)育過程中表達的基因的測試，以及疾病建模等。

△UNIFESP的研究人員正在研究神經(jīng)細胞的生物打印。照片來自FAPESP

關于這項研究的更多信息可以在發(fā)表在jove生物工程雜志上的題為：”3D bioprinting of murine cortical astrocytes for engineeringneural-like tissue”的論文中找到。這項研究是由B. Melo、E. Cruz、T. Ribeiro、M.Mundim和M. Porcionatto共同撰寫的。

相關論文鏈接：https://www.jove.com/t/62691/3d- ... neering-neural-like

用AM推進神經(jīng)學治療

生物打印因其為研究神經(jīng)系統(tǒng)疾病和潛在的新療法提供的機會而受到越來越多的關注。雖然UNIFESP團隊的研究在保持星形膠質細胞存活兩周以上的能力方面很新穎，但在過去的一年里，在生物打印腦細胞方面也取得了其他重大突破。

去年1月，醫(yī)療技術公司Fluicell與臨床研發(fā)公司Cellectricon和卡羅林斯卡學院大學合作，將神經(jīng)細胞3D打印成復雜圖案。科學家們能夠在3D結構中精確地排列大鼠腦細胞，而不損害其生存能力，這可用于模擬神經(jīng)系統(tǒng)疾病的進展。

同時，正在進行的由歐盟資助、由阿斯頓大學領導的Meso-Brain研究項目正在開發(fā)3D納米打印技術，以生產(chǎn)新一代的精確建模和測試工具。該項目合作伙伴希望生成可定制的3D打印神經(jīng)元網(wǎng)絡，這些神經(jīng)元來自干細胞，他們認為這將徹底改變帕金森癥和癡呆癥等疾病的治療模式。

去年8月，來自特拉維夫大學的獲獎研究人員利用患者的細胞3D打印了一個首創(chuàng)的膠質母細胞瘤，可以賦予新方法來改善腦癌的治療。據(jù)稱這是世界上第一個功能齊全的膠質母細胞瘤3D模型，這個可定制的模型使研究人員能夠在準確模擬患者個人腫瘤和大腦的環(huán)境中測試新藥物的療效。

最近，來自蒙特利爾大學、康科迪亞大學和圣卡里納聯(lián)邦大學的一個研究小組利用他們新開發(fā)的激光誘導側向轉移（LIST）三維生物打印技術，成功地3D打印了活體小鼠腦細胞。據(jù)報道，LIST克服了其他生物打印技術的各種限制，如供體準備的挑戰(zhàn)、墨水的粘度和細胞的生存能力。