巴西研究人員開發(fā)出3D打印腦細(xì)胞的新方法，存活時(shí)長達(dá)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(xué)（UNIFESP）的研究人員開發(fā)了一種新的方法來3D打印腦細(xì)胞，這些腦細(xì)胞在打印后能夠存活至少14天。

在圣保羅研究基金會(huì)（FAPESP）研究經(jīng)費(fèi)的資助下，這項(xiàng)研究制造出了一個(gè)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(xì)胞與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)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(fù)因創(chuàng)傷或中風(fēng)而受損的大腦區(qū)域的材料。

UNIFESP醫(yī)學(xué)院教授、該論文的共同作者M(jìn)arimelia Porcionatto告訴FAPESP："在生物體內(nèi)，細(xì)胞是三維的，但在實(shí)驗(yàn)室里生長時(shí)，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(xì)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(xì)胞和微環(huán)境以及其他細(xì)胞之間的關(guān)系，這是一個(gè)介于2d培養(yǎng)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之間的系統(tǒng)。"

△生物墨水配置過程

3D打印神經(jīng)細(xì)胞

星形細(xì)胞是神經(jīng)系統(tǒng)中最豐富的細(xì)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(xì)胞構(gòu)成了研究人員的研究基礎(chǔ)，但他們開發(fā)的過程也可以適用于研究其他細(xì)胞類型。

例如，作為FAPESP資助的另一個(gè)項(xiàng)目的一部分，該團(tuán)隊(duì)目前正在使用該方法分析被SARS-CoV-2（導(dǎo)致Covid-19的病毒）感染的星形膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)元。

負(fù)責(zé)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(xì)胞--神經(jīng)元和神經(jīng)干細(xì)胞以及星形膠質(zhì)細(xì)胞的兼容性。生物打印是組織工程中的一項(xiàng)最新技術(shù)，而神經(jīng)組織細(xì)胞特別敏感，所以這個(gè)方案對研究人員處理星形膠質(zhì)細(xì)胞和其他腦細(xì)胞以及處理其他細(xì)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(tái)基于擠壓的3D打印機(jī)，3D打印一種充滿星形膠質(zhì)細(xì)胞的新型生物墨水，以形成一個(gè)類似神經(jīng)的組織結(jié)構(gòu)。生物墨水本身是由從小鼠大腦皮層中提取的星形膠質(zhì)細(xì)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(tuán)隊(duì)沒有從國外進(jìn)口明膠（GelMA），而是在實(shí)驗(yàn)室里自己生產(chǎn)，因此成本要低得多。

△打印過程

Melo補(bǔ)充說："在其他成分中，許多細(xì)胞在3D打印的壓力下存活了一段時(shí)間，但星形細(xì)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(xì)胞的形態(tài)：細(xì)胞核被染成藍(lán)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(xì)胞

據(jù)報(bào)道，在3D打印結(jié)構(gòu)成型的幾天后，星形膠質(zhì)細(xì)胞開始復(fù)制，并以類似于在神經(jīng)組織中觀測到的方式行動(dòng)。培養(yǎng)一周后，星形膠質(zhì)細(xì)胞的活力明顯增加，表明3D結(jié)構(gòu)為細(xì)胞生長提供了一個(gè)合適的微環(huán)境。

據(jù)研究人員稱，星形膠質(zhì)細(xì)胞在打印后能夠存活至少14天，為研究其機(jī)制和行為提供了一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間窗口。

展望未來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過在生物墨水混合物中加入神經(jīng)干細(xì)胞來增加其3D打印方法的復(fù)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(fù)雜性，當(dāng)這些過程在小鼠細(xì)胞中得到充分驗(yàn)證后，我們將能夠開發(fā)出其他的人類細(xì)胞。它們將有助于各種研究，如候選藥物試驗(yàn)，確定大腦發(fā)育過程中表達(dá)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(xì)胞的生物打印。照片來自FAPESP

關(guān)于這項(xiàng)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(xiàng)研究是由B. Melo、E. Cruz、T. Ribeiro、M.Mundim和M. Porcionatto共同撰寫的。

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

用AM推進(jìn)神經(jīng)學(xué)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(jī)會(huì)而受到越來越多的關(guān)注。雖然UNIFESP團(tuán)隊(duì)的研究在保持星形膠質(zhì)細(xì)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(xì)胞方面也取得了其他重大突破。

去年1月，醫(yī)療技術(shù)公司Fluicell與臨床研發(fā)公司Cellectricon和卡羅林斯卡學(xué)院大學(xué)合作，將神經(jīng)細(xì)胞3D打印成復(fù)雜圖案�？茖W(xué)家們能夠在3D結(jié)構(gòu)中精確地排列大鼠腦細(xì)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(jìn)展。

同時(shí)，正在進(jìn)行的由歐盟資助、由阿斯頓大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的Meso-Brain研究項(xiàng)目正在開發(fā)3D納米打印技術(shù)，以生產(chǎn)新一代的精確建模和測試工具。該項(xiàng)目合作伙伴希望生成可定制的3D打印神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，這些神經(jīng)元來自干細(xì)胞，他們認(rèn)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(xué)的獲獎(jiǎng)研究人員利用患者的細(xì)胞3D打印了一個(gè)首創(chuàng)的膠質(zhì)母細(xì)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(gè)功能齊全的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤3D模型，這個(gè)可定制的模型使研究人員能夠在準(zhǔn)確模擬患者個(gè)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(xué)、康科迪亞大學(xué)和圣卡里納聯(lián)邦大學(xué)的一個(gè)研究小組利用他們新開發(fā)的激光誘導(dǎo)側(cè)向轉(zhuǎn)移（LIST）三維生物打印技術(shù)，成功地3D打印了活體小鼠腦細(xì)胞。據(jù)報(bào)道，LIST克服了其他生物打印技術(shù)的各種限制，如供體準(zhǔn)備的挑戰(zhàn)、墨水的粘度和細(xì)胞的生存能力。