Разработан новый метод 3D-печати, который может помочь в лечении травм головного мозга

Исследователи разработали искусственную ткань, которая представляет собой упрощенную версию коры головного мозга, с использованием 3D-печати человеческих стволовых клеток. При ее внедрении в срезы мозга мышей, эти структуры успешно интегрировались с тканью хозяина.

Эта революционная методика, разработанная учеными из Оксфордского университета, может в будущем предоставить индивидуальное лечение для тех, кто страдает от травм головного мозга. В этом исследовании впервые продемонстрировано, что нервные клетки можно создавать с помощью 3D-принтера, чтобы имитировать структуру коры головного мозга. Результаты этого исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Травмы головного мозга, включая инсульт и хирургическое вмешательство при опухолях головного мозга, часто приводят к серьёзному повреждению коры головного мозга, что провоцирует проблемы с движением и общением. Годовой объем случаев черепно-мозговой травмы в мире составляет около 70 миллионов человек, из которых 5 миллионов имеют тяжёлые или смертельные травмы. В настоящее время нет эффективных методов лечения тяжёлых травм головного мозга, что серьезно влияет на качество жизни пострадавших.

Регенеративная терапия тканей, особенно та, которая включает имплантацию тканей, произведённых из собственных стволовых клеток пациента, представляет собой многообещающий подход для лечения травм головного мозга в будущем. Однако до сих пор не существовало метода, позволяющего гарантировать, что имплантированные стволовые клетки будут имитировать архитектуру мозга.

В этом новом исследовании ученые из Оксфордского университета создали двухслойную ткань мозга, используя 3D-печать нервных стволовых клеток человека. После имплантации в срезы мозга мышей эти клетки продемонстрировали убедительную структурную и функциональную интеграцию с тканью хозяина.

"Это достижение представляет собой значительный прогресс в создании материалов с полной структурой и функциями натуральных мозговых тканей. Эта работа также открывает уникальные возможности для изучения работы коры головного мозга человека и даёт надежду на будущее лечение людей с травмами головного мозга", — Доктор Юнчен Цзинь, ведущий автор исследования (факультет химии Оксфордского университета).

Создание кортикальной структуры осуществлялось с использованием индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток (hiPSC), которые могут потенциально преобразовываться в различные типы клеток, присутствующие в большинстве человеческих тканей. Преимуществом hiPSC является их возможность быть полученными из клеток пациента, что уменьшает риск иммунного отторжения.

HiPSC были дифференцированы в предшественников нейронов двух разных слоев коры головного мозга с использованием специфических комбинаций факторов роста и химических веществ. Затем клетки были использованы для создания двухслойной структуры с помощью 3D-печати. Напечатанные ткани сохранили свою многослойную клеточную архитектуру в течение нескольких недель, что было подтверждено экспрессией слой-специфических биомаркеров.

После имплантации напечатанных тканей в мозг мышей была продемонстрирована сильная интеграция, отмеченная проекцией нервных отростков и миграцией нейронов через границу между имплантатом и тканью хозяина. Имплантированные клетки также проявили сигнальную активность, согласованную с активностью клеток хозяев. Это указывает на взаимодействие клеток человека и мыши, что подтверждает функциональную и структурную интеграцию.

На данный момент исследователи намерены совершенствовать технику капельной печати для создания более сложных многослойных структур коры головного мозга, которые лучше будут имитировать архитектуру человеческого мозга. Помимо потенциала для лечения травм головного мозга, эти искусственные ткани могут использоваться для тестирования лекарств, исследования развития мозга и улучшения нашего понимания основных процессов познания.

Этот прорыв основан на десятилетнем опыте команды в области разработки и патентования технологий 3D-печати синтетических тканей и культивируемых клеток.

"Эта футуристическая работа стала возможной благодаря высокоинтердисциплинарному сотрудничеству между факультетом химии и факультетом физиологии, анатомии и генетики, и она приближает нас к созданию персонализированных методов лечения травм головного мозга", — сказал профессор Хагана Бэйли (факультет химии Оксфордского университета)