Vědci vytvořili první funkční mozkovou tkáň pomocí 3D tisku

Místo vertikálního tisku raději ten horizontální

Dokáže růst a fungovat stejně jako typická mozková tkáň, avšak nepochází z člověka. Metodu výroby umělé mozkové tkáně popsal tým vědců v aktuálním vydání časopisu Cell Stem Cell. Předchozí pokusy o vytištění funkční mozkové tkáně na laboratorních 3D tiskárnách byly jen částečně úspěšné. Autoři citované práce z nich proto metodicky vycházeli, ale inovovali je.

Neurony vypěstované z pluripotentních kmenových buněk byly umístěny do měkčího gelového bioinkoustu, než jaký byl používán dříve. Namísto tradičního přístupu k 3D tisku, který spočívá v kladení vertikálních vrstev jedné po druhé na sebe, však výzkumníci zvolili horizontální tisk. „Tkáň tím získá stále ještě optimální strukturu, aby držela pohromadě, ale zároveň je dostatečně pružná, aby dovolila neuronům do sebe vrůst a začít se propojovat,“ vysvětluje člen týmu profesor Su-Chun Zhang. Když hovoří o struktuře vytištěné tkáně, přirovnává ji k tužkám vyrovnaným na desce stolu vedle sebe a jako výhodu tohoto uspořádání uvádí, že tkáň díky němu zůstává relativně tenká. Tato její vlastnost umožňuje, aby neurony měly dostatek kyslíku a živin z média, ve kterém rostou. Propojení buněk skrze médium probíhá jak v rámci jednotlivých vytištěných vrstev, tak napříč nimi, což vede ke vzniku sítí porovnatelných s těmi v lidském mozku.

Vytištěná tkáň nabízí mnoho způsobů využití

Tým je přesvědčen, že výsledky jejich práce mluví za sebe – neurony ve vyrobené tkáni totiž spolu skutečně dokážou komunikovat. Probíhá mezi nimi přenos signálů, interakce skrze neurotransmitery, a dokonce umějí zformovat správné sítě s podpůrnými buňkami přidanými do vytisknuté tkáně. Takto byla vytvořena například mozková kůra nebo striatum, a i když byly vytištěny buňky patřící do různých částí mozku, byly schopné spolu komunikovat pro ně velmi speciálním a specifickým způsobem.

Profesor Zhang dodává, že jeho laboratoř drží unikát ve schopnosti produkovat kdykoliv jakýkoliv typ neuronů, které poté dokáže libovolně poskládat do funkční tkáně. Jelikož tým může vytisknout v podstatě jakoukoliv mozkovou tkáň, je možné se s její pomocí zaměřit na to, jak neurony komunikují za určitých podmínek. Tkáň tedy může být podle jeho slov použita i pro studium přenosu signálu mezi buňkami při Downově syndromu či pro zachycení interakcí mezi zdravou tkání a sousední zasaženou Alzheimerovou chorobou. Dále k posouzení nových potenciálních léčiv nebo jen ke sledování, jak mozek roste. „V minulosti jsme se při studiu mozku vždy soustředili jen na jednu vybranou věc. To ovšem znamená, že nám často některé kritické komponenty unikly. Náš mozek funguje na základě sítí. Proto chceme jeho tkáň tisknout tímto způsobem, protože buňky v mozku neoperují samy, komunikují spolu. Tak mozek funguje a tak musí být i studován, abychom mu porozuměli,“ upřesňuje.

Nová technika tisku by měla být dostupná mnoha laboratořím. Nevyžaduje speciální vybavení pro tisk biologického materiálu ani kultivační metody pro udržení zdravé tkáně. Může být hloubkově studována pomocí mikroskopů, standardních zobrazovacích technik i elektrodami, které jsou v této oblasti výzkumu běžné.

(pok)

Zdroje:
1. Yan Y., Li X., Gao Y. et al. 3D bioprinting of human neural tissues with functional connectivity. Cell Stem Cell 2024; 31 (2): 260–274.e7, doi: 10.1016/j.stem.2023.12.009.
2. Researchers 3D-print functional human brain tissue. Science News, 2024 Feb 01. Dostupné na: https://sciencedaily.com/releases/2024/02/240201212823.htm