Mózg z druku?

Słuchawki "doświetlające" mózg, budzik świetlny, regularny wysiłek fizyczny, dbanie o dietę, zachowanie równowagi między pracą i odpoczynkiem, ale także – zwłaszcza w kryzysie - rozmowa z kimś o tym, co czujemy – to tylko niektóre sposoby na zapobieganie depresji. Przybywa dowodów, że aktywność fizyczna to doskonały sposób na zachowanie i polepszenie funkcji poznawczych. Przynajmniej u osób, które są w grupie ryzyka rozwinięcia zaburzeń funkcji poznawczych z racji wieku – mają 50 lat i więcej.

Nowa technologia, która opisana została w Cell Stem Cell, może stać się alternatywą dla istniejących technik używanych przez neurobiologów do wytwarzania trójwymiarowych tkanek mózgowych w laboratorium, na przykład z wykorzystaniem komórek macierzystych. W ten sposób hodowane są przypominające mózg konstrukty – organoidy. Badacze nie są jednak w stanie kontrolować typów komórek ani ich dokładnej lokalizacji.

"Każdy organoid jest inny, co utrudnia odtworzenie wyników badań" – twierdzi neurobiolog Su-Chun Zhang z Uniwersytetu Wisconsin-Madison, autor nowego badania cytowany przez Science.

"Przy zastosowaniu odpowiedniego rodzaju druku 3D można kontrolować, gdzie umieszczane są różne typy komórek" – przekonuje z kolei biolog Francis Szele z Uniwersytetu Oksfordzkiego.

Wcześniejsze próby wykorzystania drukarek 3D do konstruowania tkanek mózgowych umożliwiły zbadanie, w jaki sposób komórki dojrzewają i tworzą połączenia. Powiodły się także próby integrowania wydrukowanej tkanki z mózgami myszy. Jak jednak zwraca uwagę Science, konstrukcje te miały ograniczoną funkcjonalność, a te bardziej udane opierały się na komórkach szczurzych, a nie ludzkich.

"Zespół Zhanga wydrukował oddzielne poziome linie ludzkich komórek progenitorowych, czyli macierzystych, neuronów i glejów. Naukowcy zmodyfikowali także hydrożel, który działa jak klej między komórkami. Ich nowatorska receptura zapewniła wsparcie tkance, ale nie była na tyle sztywna, aby uniemożliwiać komórkom poruszanie się ani tworzenie połączeń" – wskazuje Science.

Powstałe struktury 3D naśladowały rozwijające się mózgi, a komórki tworzyły połączenia we własnym paśmie, a także rozszerzały je w kierunku innych pasm. Umożliwiło to naukowcom obserwację dojrzewania i łączenia komórek progenitorowych.

Zielono-czerwone warstwy

Naukowcy wykorzystali drukarkę i różne typy ludzkich komórek mózgowych, aby stworzyć cienką tkankę, która działała podobnie do rozwijającego się mózgu. Następnie zespół stworzył różne konstrukty, drukując różne komórki o określonych proporcjach. Np. jeden konstrukt łączył neurony hamujące i pobudzające, które komunikują się za pomocą różnych typów neuroprzekaźników. Potem badacze dodali astrocyty, ważny rodzaj komórek pomocniczych. W wielu przypadkach neurony wytwarzały sygnały elektryczne, a astrocyty wchłaniały neuroprzekaźnik – glutaminian, co sugeruje tworzenie się połączeń funkcjonalnych podobne do tych w mózgu.

Kiedy badacze połączyli dwa typy komórek obserwowane w zewnętrznej korze mózgu i głębszym prążkowiu, odkryli, że komórki korowe rozciągają się w stronę komórek prążkowia, czyli części kresomózgowia, ale nie odwrotnie, tak jak to widać w ludzkim mózgu. Według naukowców wskazuje to, że możliwe jest odtworzenie jego konstrukcji.

Niektórzy eksperci zauważają, że drukowane struktury są nadal stosunkowo cienkie – mają ok. 50 mikronów, czyli tyle co średnica ludzkiego włosa – więc nie naśladują w pełni trójwymiarowej złożoności prawdziwego mózgu.

"Wadą jest to, że można wydrukować tylko jedną warstwę i ułożyć kolejną, więc przypomina to raczej 2,5D" – mówi niebiorąca udziału w badaniu Linna Zhou, bioinżynier i biolog z Oksfordu.

Postęp na miarę nadziei?

Czy ta technologia może przyczynić się do rozwoju badań nad rozwojem mózgu i chorobami neurologicznymi? Zhang i jego zespół wydrukowali komórki zawierające mutację związaną z uwarunkowanym genetycznie zaburzeniem neurodegeneracyjnym nazywanym chorobą Aleksandra. Powoduje ona wystąpienie zmian w istocie białej ośrodkowego układu nerwowego. Badacze zaobserwowali, że zmutowane komórki tworzą mniej połączeń, co potwierdza obserwacje u ludzi.

Zdaniem autorów badania w przyszłości możliwe będzie wydrukowanie tkanki nadającej się do przeszczepienia pacjentom, którzy utracili tkankę mózgową wskutek udaru, neurodegeneracji lub urazu. Zhang i jego zespół widzą miejsce na dalszy rozwój technologii, między innymi poprzez rozszerzenie listy drukowanych typów komórek, aby lepiej zrozumieć ich interakcje.

"Drukowana tkanka może pomóc w rozszyfrowaniu ludzkiego mózgu" – mówi Zhang cytowany przez Science.

Beata Igielska

Dziennikarka z wieloletnim doświadczeniem w mediach ogólnopolskich, gdzie zajmowała się tematyką społeczną. Pisała publicystykę, wywiady, reportaże - za jeden z nich została nagrodzona w 2007 r. W Serwisie Zdrowie publikuje od roku 2022. Laureatka nagród dziennikarskich w kategorii medycyna. Prywatnie wielbicielka dobrej literatury, muzyki, sztuki. Jej konikiem jest teatr – ukończyła oprócz polonistyki, także teatrologię.