Σε μια άνευ προηγουμένου ανακάλυψη στον τομέα της νευροεπιστήμης και της βιοιατρικής τεχνολογίας, μια ομάδα επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin - Madison (UW-Madison) ανέπτυξε με επιτυχία τον πρώτο τρισδιάστατο εκτυπωμένο εγκεφαλικό ιστό που μπορεί να μιμηθεί την ανάπτυξη και τη λειτουργία ενός τυπικού ανθρώπινου εγκέφαλου.
Αυτό το «επαναστατικό» άλμα έχει τεράστιες δυνατότητες να μεταμορφώσει τη μελλοντική υγειονομική περίθαλψη και να ανοίξει το δρόμο για προηγμένη έρευνα στα νευρωνικά δίκτυα. «Θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που βλέπουμε τη βιολογία των
βλαστοκυττάρων, τη νευροεπιστήμη και την παθογένεια πολλών νευρολογικών και ψυχιατρικών διαταραχών», σχολιάζει ο Su-Chun Zhang, καθηγητής νευροεπιστήμης και νευρολογίας στο UW-Madison's Waisman Center.
Η διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης περιγράφεται στο περιοδικό Cell Stem Cell.
Σύμφωνα με τις αναφορές, η καινοτόμος μέθοδος 3D εκτύπωσης του εγκεφαλικού ιστού περιλαμβάνει τη χρήση ενός μαλακότερου τζελ «βιο-μελάνης» και μια οριζόντια τοποθέτηση των εγκεφαλικών κυττάρων. Αυτό επιτρέπει στα κύτταρα να επικοινωνούν, να στέλνουν σήματα και να σχηματίζουν κατάλληλα δίκτυα, όπως θα έκαναν σε έναν τυπικό ανθρώπινο εγκέφαλο.
Αυτή η αξιοσημείωτη ακρίβεια και ευελιξία που προσφέρει ο εκτυπωμένος εγκεφαλικός ιστός ανοίγει σημαντικές δυνατότητες για τη μελέτη του εγκεφάλου και των διαταραχών του.
Τοποθετώντας νευρώνες, που αναπτύχθηκαν από επαγόμενα πολυδύναμα βλαστοκύτταρα, τον έναν δίπλα στον άλλο, οι ερευνητές μπόρεσαν να σχηματίσουν δίκτυα εντός και κατά μήκος των στρωμάτων που μοιάζουν πολύ με τον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Αυτά τα εκτυπωμένα κύτταρα μπορούν να αλληλεπιδρούν μέσω νευροδιαβιβαστών, όπως ακριβώς οι νευρώνες στον ανθρώπινο εγκέφαλο.
Αυτό το επίτευγμα πρόκειται να φέρει επανάσταση στη μελέτη του εγκεφάλου και στην ανάπτυξη θεραπειών για διαταραχές όπως το Αλτσχάιμερ και η νόσος του Πάρκινσον.
Εκτός από τη μελέτη των νευρολογικών διαταραχών, ο τρισδιάστατος εκτυπωμένος εγκεφαλικός ιστός υπόσχεται επίσης πρόοδο στις δοκιμές φαρμάκων.
Η ικανότητα δημιουργίας λειτουργικού ανθρώπινου εγκεφαλικού ιστού μπορεί να προσφέρει άνευ προηγουμένου γνώσεις για τις επιδράσεις πιθανών φαρμάκων στον ανθρώπινο εγκέφαλο, ενισχύοντας έτσι την αποτελεσματικότητα και την ακρίβεια των διαδικασιών ελέγχου φαρμακευτικών ουσιών.
Η καινοτόμος προσέγγιση οριζόντιας τρισδιάστατης εκτύπωσης που χρησιμοποίησαν οι επιστήμονες για να δημιουργήσουν τον ιστό, σε αντίθεση με τα οργανοειδή του εγκεφάλου, επιτρέπει τον έλεγχο των τύπων κυττάρων και της διάταξής τους.
Οι νευρώνες έχουν τη δυνατότητα να αναπτυχθούν μεταξύ τους και να αρχίσουν να επικοινωνούν, προσφέροντας ένα ακριβές μοντέλο για τη μελέτη διαφόρων νευρολογικών και νευροαναπτυξιακών προβλημάτων.
Ο εκτυπωμένος εγκεφαλικός ιστός θα μπορούσε για παράδειγμα, να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη της σηματοδότησης μεταξύ κυττάρων στο σύνδρομο Down, τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ υγιών ιστών και γειτονικών ιστών που επηρεάζονται από τη νόσο Αλτσχάιμερ, για τη δοκιμή νέων υποψηφίων φαρμάκων ή ακόμα και για την παρακολούθηση του εγκεφάλου να αναπτύσσεται.
«Στο παρελθόν εστιάζαμε σε ένα πράγμα κάθε φορά και συχνά χάναμε ορισμένα κρίσιμα στοιχεία. Ο εγκέφαλός μας λειτουργεί σε δίκτυα. Θέλουμε να εκτυπώσουμε εγκεφαλικό ιστό με αυτόν τον τρόπο επειδή τα κύτταρα δεν λειτουργούν από μόνα τους, μιλάνε μεταξύ τους. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί ο εγκέφαλός μας και πρέπει να τον μελετήσουμε ως σύνολο για να τον κατανοήσουμε πραγματικά», λέει ο Zhang.
Οι ερευνητές υποστηρίζουν πως η νέα τεχνική εκτύπωσης μπορεί να υιοθετηθεί από πολλά εργαστήρια. Δεν απαιτεί ειδικό εξοπλισμό βιοεκτύπωσης ή μεθόδους καλλιέργειας για να διατηρείται ο ιστός υγιής και μπορεί να μελετηθεί σε βάθος με μικροσκόπια, τυπικές τεχνικές απεικόνισης και ηλεκτρόδια που είναι ήδη κοινά στο πεδίο.
Οι ερευνητές θέλουν τώρα να διερευνήσουν τις δυνατότητες εξειδίκευσης βελτιώνοντας περαιτέρω τη βιομελάνη τους και τον εξοπλισμό τους για να καταφέρουν συγκεκριμένους προσανατολισμούς των κυττάρων εντός του εκτυπωμένου ιστού τους.
