اعمال روشی جدید برای چاپ سه‌بعدی بافت مغز انسان

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از نیواطلس، در این شیوه چاپ، سلول‌های بافت مغز به نورون‌های عملکردی تبدیل شدند که طی چند هفته با هم ارتباط برقرار کردند.

این دانشمندان می‌گویند از بافت مغز چاپ شده آنها می‌توان برای مطالعه سیگنال‌های سلولی در سندرم داون، تعامل بین بافت سالم و مبتلا به بیماری آلزایمر، آزمایش دارو‌های جدید و رصد ساده چگونگی رشد مغز استفاده کرد.

خلق اندامی با بیشترین شباهت به بافت طبیعی و واقعی، برای بررسی آسیب شناسی بیماری‌ها و آزمایش دارو‌های جدید ضروری است. مغز با چالش‌های منحصر به فردی روبه روست از جمله لزوم برقراری ارتباط عملکردی بین نورون‌های رشد یافته در آزمایشگاه و توانایی پشتیبانی بافت مغز از یک معماری پیچیده، اما بسیار ظریف.

محققان دانشگاه ویسکانسین - مدیسون (UW-Madison) در آمریکا با موفقیت بافت مغز را با پرینت سه بعدی پرینت کردند که رشد می‌کند و مانند یک مغز معمولی عمل می‌کند.

«سو، چون ژانگ» «Su-Chun Zhang» مجری این تحقیقات گفت: این شیوه چاپ سه بعدی می‌تواند مدل بسیار قدرتمندی باشد که به محققان در کشف چگونگی برقراری ارتباط سلول‌های مغز و بخش‌هایی از این اندام در انسان کمک کند. این پیشرفت می‌تواند نگاه ما را به زیست شناسی سلول‌های بنیادی، علوم اعصاب و عوامل بیماری زای بسیاری از اختلالات عصبی و روانی تغییر دهد.

پژوهشگران قصد داشتند بافت عصبی لایه‌ای بسازند که در آن سلول‌های پیش ساز عصبی (NPCs)، بالغ شده و با حفظ ساختار، اتصالات (سیناپس) را در داخل و بین لایه‌ها تشکیل می‌دهند. آنها نوعی هیدروژل فیبرین را که عمدتاً از فیبرینوژن و ترومبین تشکیل شده بود، به عنوان «جوهر زیستی» یا ماده زیستی برای چاپ بافت انتخاب کردند، زیرا با سلول‌های عصبی زیست سازگار است. فیبرینوژن و ترومبین هر دو در لخته شدن خون نقش دارند.

ویسکوزیته (مقاومت سیال در برابر جاری شدن) بالای ژل فیبرین چاپ آن را دشوار می‌کرد، بنابراین محققان آن را با یک هیدروژل اسید هیالورونیک مخلوط کردند و دریافتند تعداد زیادی از NPC‌های قرار داده شده در این مخلوط زنده مانده و بالغ می‌شوند. همچنین اضافه کردن یک هیدروژن دیگر، جوهر زیستی آنها را نرم‌تر از جوهر‌هایی کرد که قبلاً استفاده می‌شد.

به جای استفاده از روش چاپ سه بعدی سنتی که در آن لایه‌های به طور عمودی روی هم قرار می‌گیرند و به جوهر زیستی سفت چاپ شده در لایه‌های ضخیم نیاز دارد، محققان در شیوه جدید خود با چاپ یک لایه نازک یا گروهی از سلول‌های ژلی در کنار هم به طور افقی، بافت طرح داری را خلق کردند. آنها برای ممانعت از مخلوط شدن گروه‌های چاپ شده، پس از رسوب ترکیب، به سرعت از ترومبین به عنوان عامل اتصال عرضی استفاده کردند.

اگرچه سلول‌های چاپ شده در لایه‌های تعیین شده خود باقی ماندند، نورون‌ها در عرض دو تا پنج هفته پس از چاپ، اتصالات سیناپسی عملکردی را در داخل و بین لایه‌ها ایجاد کردند.

ژانگ می‌گوید: این بافت ساختار کافی را برای ماندن در کنار هم دارد، از سویی آنقدرنرم است که به نورون‌ها اجازه می‌دهد در یکدیگر تنیده و ارتباط برقرار کنند. این بافت نسبتا نازک می‌ماند و این باعث می‌شود نورون‌ها به راحتی اکسیژن و مواد مغذی کافی را از محیط رشد دریافت کنند.

محققان سعی کردند بافت مغز را با استفاده از ترکیبات مختلف سلول در جوهر زیستی چاپ کنند. آنها قشر مغز و جسم مخطط را چاپ کرده و به نتایج جذابی دست یافتند.

حتی زمانی که سلول‌های مختلف متعلق به بخش‌های مختلف مغز را چاپ کردند، آنها همچنان می‌توانستند به روشی بسیار خاص با یکدیگر ارتباط بگیرند.

دانشمندان می‌گویند رویکرد آنها در مورد انواع و آرایش سلول‌ها دقتی را ارائه می‌دهد که ارگانوئید‌ها و سایر روش‌های چاپ انجام نمی‌دهند. این روش چاپ نیازی به تجهیزات خاص یا روش‌های کشت برای سالم نگه داشتن بافت ندارد، به عبارت دیگر این شیوه برای بسیاری از آزمایشگاه‌ها قابل دسترس است.

ژانگ گفت: پیش از این در چنین آزمایش‌هایی می‌توانستیم فقط یک پدیده را رصد کنیم به این معنی که ما اغلب برخی از جنبه‌های مهم را از دست می‌دهیم. مغز ما در شبکه‌ها کار می‌کند. می‌خواهیم بافت مغز را از این طریق چاپ کنیم، زیرا سلول‌ها به خودی خود عمل نمی‌کنند. آنها با یکدیگر ارتباط دارند. مغز ما اینگونه کار می‌کند و برای درک واقعی آن باید همه را با هم مطالعه کنیم.

نتایج این تحقیقات در نشریه Cell Stem Cell منتشر شده است.