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3D資訊
首頁(yè) > 資訊中心青島3D打印制作大腦皮層組織：腦損傷
發(fā)布時(shí)間：2023-10-09
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基于液滴的三維（3D）打印如何幫助制造由組織成垂直柱的層特定神經(jīng)元組成的大腦皮層組織。
將3D打印的大腦皮層組織整合到離體病變腦切片中
背景
大腦皮層有六層，分為上層和深層。創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI)、癌癥手術(shù)切除、癲癇和中風(fēng)導(dǎo)致的大腦皮層區(qū)域損傷會(huì)損害認(rèn)知功能，損害運(yùn)動(dòng)技能，并導(dǎo)致整體生活質(zhì)量下降。
2018年，全球有6900萬人患有TBI，其中480萬例重癥或死亡。然而，腦損傷的有效治療方法嚴(yán)重缺乏。
在小鼠模型中，已嘗試植入神經(jīng)祖細(xì)胞來修復(fù)腦損傷。然而，這并沒有完全恢復(fù)受損的腦組織，因?yàn)榧?xì)胞結(jié)構(gòu)與自然的大腦解剖結(jié)構(gòu)并不相似。
因此，植入類似于受損組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織可能比缺乏結(jié)構(gòu)完整性的分離的 hiPSC 衍生類器官更有效。
關(guān)于該研究
成熟的神經(jīng)元在3D打印過程中對(duì)溫度、滲透壓等變化造成的損傷很敏感，從而導(dǎo)致身體應(yīng)激。
因此，在本研究中，研究人員使用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSC) 系 AH016-3 3D打印上層和深層神經(jīng)祖細(xì)胞（UNP 和 DNP），而不是其成熟后代。
他們采用了逐層順序打印策略，其中每一層都有一個(gè)8 × 8 × 8的液滴網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)有獨(dú)特的顏色。他們還3D打印出各種形狀的厘米級(jí)結(jié)構(gòu)。
他們?cè)趯?duì)納米顆粒進(jìn)行進(jìn)一步處理之前，用油3D打印了組織。他們?cè)谏窠?jīng)維持培養(yǎng)基 (NMM) 中培養(yǎng)皮質(zhì)組織，并添加生長(zhǎng)因子混合物，其中包含支持增殖（例如表皮生長(zhǎng)因子和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2）和存活（腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子）的生長(zhǎng)因子，持續(xù)第一周。
在第一個(gè) WPP 結(jié)束時(shí)，他們用神經(jīng)末梢培養(yǎng)基 (NTM) 取代了補(bǔ)充生長(zhǎng)因子的 NMM，以促進(jìn)皮質(zhì)組織成熟。
最后，他們?cè)趦蓚€(gè)、四個(gè)和八個(gè) WPP 處收獲組織，并在 8 個(gè) WPP 處對(duì)代表性深層皮質(zhì)組織進(jìn)行免疫染色，以揭示組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成、形態(tài)、細(xì)胞遷移、過程生長(zhǎng)和基因表達(dá)，并通過神經(jīng)可視化進(jìn)行可視化。
他們使用實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng) (RT-qPCR) 進(jìn)行基因表達(dá)分析，以確認(rèn) DN 和 UN 細(xì)胞的身份。
結(jié)果
研究人員在3D打印一周多后的體外培養(yǎng)過程中觀察了神經(jīng)元的遷移和成熟。最后，當(dāng)研究人員將3D打印的皮質(zhì)組織植入離體腦外植體時(shí)，植入物與宿主組織形成結(jié)構(gòu)連接并保持其鈣離子（Ca 2+）活性。
相關(guān)的Ca 2+振蕩由于體積傳輸?shù)脑缙诮⒍@現(xiàn)。請(qǐng)注意，Ca 2+離子活性是一種神經(jīng)元信號(hào)傳遞方法，涉及神經(jīng)遞質(zhì)的非突觸釋放，神經(jīng)遞質(zhì)通過細(xì)胞外空間 (ECS) 擴(kuò)散。
未來，研究人員的目標(biāo)是在更長(zhǎng)的植入后孵化時(shí)間后進(jìn)行植入，以獲得更先進(jìn)的修復(fù)。
熒光共焦（FC）成像揭示了從植入物向宿主的生長(zhǎng)過程和神經(jīng)元遷移（神經(jīng)發(fā)生的組成部分），表明其成功整合到 離體 腦外植體中。
FC 成像還揭示了植入后五天 (DPI) 四種條件下生長(zhǎng)和遷移距離的差異。
有趣的是，γ-分泌酶抑制劑 (DAPT) 治療導(dǎo)致條件 A (265 ± 30 μm) 和 B (434 ± 41 μm) 的距離進(jìn)一步增加。事實(shí)上，這些植入的外植體可以幫助評(píng)估營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和 DAPT 治療對(duì)植入的影響。
影響
通過這種研究方法，研究人員在沒有基因操作的情況下產(chǎn)生了不同類型的神經(jīng)元，從而減少了臨床安全問題。因此，在病變較大的情況下，具有匹配的3D形狀和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的植入物可能會(huì)提供精確的治療并恢復(fù)認(rèn)知。
此外，研究人員可能會(huì)從患者的細(xì)胞中提取納米粒子來治療腦損傷，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)產(chǎn)生更真實(shí)的皮質(zhì)組織。
該研究方法可以幫助打印替代的化學(xué)成分水凝膠，例如膠原蛋白和瓊脂糖，這可
將3D打印的大腦皮層組織整合到離體病變腦切片中
背景
大腦皮層有六層，分為上層和深層。創(chuàng)傷性腦損傷 (TBI)、癌癥手術(shù)切除、癲癇和中風(fēng)導(dǎo)致的大腦皮層區(qū)域損傷會(huì)損害認(rèn)知功能，損害運(yùn)動(dòng)技能，并導(dǎo)致整體生活質(zhì)量下降。
2018年，全球有6900萬人患有TBI，其中480萬例重癥或死亡。然而，腦損傷的有效治療方法嚴(yán)重缺乏。
在小鼠模型中，已嘗試植入神經(jīng)祖細(xì)胞來修復(fù)腦損傷。然而，這并沒有完全恢復(fù)受損的腦組織，因?yàn)榧?xì)胞結(jié)構(gòu)與自然的大腦解剖結(jié)構(gòu)并不相似。
因此，植入類似于受損組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)的組織可能比缺乏結(jié)構(gòu)完整性的分離的 hiPSC 衍生類器官更有效。
關(guān)于該研究
成熟的神經(jīng)元在3D打印過程中對(duì)溫度、滲透壓等變化造成的損傷很敏感，從而導(dǎo)致身體應(yīng)激。
因此，在本研究中，研究人員使用人類誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(hiPSC) 系 AH016-3 3D打印上層和深層神經(jīng)祖細(xì)胞（UNP 和 DNP），而不是其成熟后代。
他們采用了逐層順序打印策略，其中每一層都有一個(gè)8 × 8 × 8的液滴網(wǎng)絡(luò)，并標(biāo)有獨(dú)特的顏色。他們還3D打印出各種形狀的厘米級(jí)結(jié)構(gòu)。
他們?cè)趯?duì)納米顆粒進(jìn)行進(jìn)一步處理之前，用油3D打印了組織。他們?cè)谏窠?jīng)維持培養(yǎng)基 (NMM) 中培養(yǎng)皮質(zhì)組織，并添加生長(zhǎng)因子混合物，其中包含支持增殖（例如表皮生長(zhǎng)因子和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2）和存活（腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子）的生長(zhǎng)因子，持續(xù)第一周。
在第一個(gè) WPP 結(jié)束時(shí)，他們用神經(jīng)末梢培養(yǎng)基 (NTM) 取代了補(bǔ)充生長(zhǎng)因子的 NMM，以促進(jìn)皮質(zhì)組織成熟。
最后，他們?cè)趦蓚€(gè)、四個(gè)和八個(gè) WPP 處收獲組織，并在 8 個(gè) WPP 處對(duì)代表性深層皮質(zhì)組織進(jìn)行免疫染色，以揭示組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成、形態(tài)、細(xì)胞遷移、過程生長(zhǎng)和基因表達(dá)，并通過神經(jīng)可視化進(jìn)行可視化。
他們使用實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng) (RT-qPCR) 進(jìn)行基因表達(dá)分析，以確認(rèn) DN 和 UN 細(xì)胞的身份。
結(jié)果
研究人員在3D打印一周多后的體外培養(yǎng)過程中觀察了神經(jīng)元的遷移和成熟。最后，當(dāng)研究人員將3D打印的皮質(zhì)組織植入離體腦外植體時(shí)，植入物與宿主組織形成結(jié)構(gòu)連接并保持其鈣離子（Ca 2+）活性。
相關(guān)的Ca 2+振蕩由于體積傳輸?shù)脑缙诮⒍@現(xiàn)。請(qǐng)注意，Ca 2+離子活性是一種神經(jīng)元信號(hào)傳遞方法，涉及神經(jīng)遞質(zhì)的非突觸釋放，神經(jīng)遞質(zhì)通過細(xì)胞外空間 (ECS) 擴(kuò)散。
未來，研究人員的目標(biāo)是在更長(zhǎng)的植入后孵化時(shí)間后進(jìn)行植入，以獲得更先進(jìn)的修復(fù)。
熒光共焦（FC）成像揭示了從植入物向宿主的生長(zhǎng)過程和神經(jīng)元遷移（神經(jīng)發(fā)生的組成部分），表明其成功整合到 離體 腦外植體中。
FC 成像還揭示了植入后五天 (DPI) 四種條件下生長(zhǎng)和遷移距離的差異。
有趣的是，γ-分泌酶抑制劑 (DAPT) 治療導(dǎo)致條件 A (265 ± 30 μm) 和 B (434 ± 41 μm) 的距離進(jìn)一步增加。事實(shí)上，這些植入的外植體可以幫助評(píng)估營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和 DAPT 治療對(duì)植入的影響。
影響
通過這種研究方法，研究人員在沒有基因操作的情況下產(chǎn)生了不同類型的神經(jīng)元，從而減少了臨床安全問題。因此，在病變較大的情況下，具有匹配的3D形狀和細(xì)胞結(jié)構(gòu)的植入物可能會(huì)提供精確的治療并恢復(fù)認(rèn)知。
此外，研究人員可能會(huì)從患者的細(xì)胞中提取納米粒子來治療腦損傷，因?yàn)樗鼈兛赡軙?huì)產(chǎn)生更真實(shí)的皮質(zhì)組織。
該研究方法可以幫助打印替代的化學(xué)成分水凝膠，例如膠原蛋白和瓊脂糖，這可
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