Atradimas: 3D spausdintuvu atspausdintas žmogaus smegenų audinys veikia kaip įprastas

Toks atradimas dar niekada nebuvo fiksuotas

Anot naujo tyrimo autorių, dirbtiniu būdu išgautas audinys auga bei funkcionuoja kaip ir tikros žmogaus smegenys. Mokslininkai džiūgauja ir ploja atsistoję, kad pirmą kartą naudojant 3D spausdintuvą jiems po pakankamai ilgo laiko pavyko sukurti funkcinį žmogaus smegenų audinį^[1].

Išskirtinė procedūra atrodė taip: pastarieji iš pradžių atspausdino mažesnį nei 0,02 centimetro storio audinį, kuriame yra ir nervinių ląstelių, ir pagalbinių ląstelių, vadinamų glijomis^[2]. Galiausiai išryškėjo iki šiol neaptiktas rezultatas, kad visos šios ląstelės gali bendrauti tarpusavyje bei formuoti tinklus kaip tikrose žmogaus smegenyse.

Detalizuojama, jog audinys buvo sukurtas naudojant biologinį „spausdintuvą“, kuris horizontaliais sluoksniais išspausdino kamieninių ląstelių pripildytą gelį. Po to kamieninės ląstelės buvo „įkalbėtos“ tapti smegenų ląstelėmis, naudojant chemines medžiagas, skatinančias jų vystymąsi. Paskutiniame unikalaus bandymo etape audinių sluoksniai buvo atsargiai vienas po kito sudėti į laboratorinę lėkštelę, kad būtų suformuotas išbaigtas audinio modelis – o dabar turime tai, ką turime.

Technologija ypač naudinga atrenkant kandidatus į vaistus nuo psichikos sutrikimų

Tyrėjai, sukūrę atspausdintą audinį, savo pasiekimus detaliau aprašė vasario 1 d. žurnale „Cell Stem Cell“ paskelbtame straipsnyje^[3]. Pastarieji tikisi, jog šis audinys papildys kitus žmogaus smegenų modelius: aiškinama, kad tokie modeliai, sukurti iš tikrų žmogaus ląstelių, tiksliau atspindi sudėtingas bei unikalias žmogaus smegenų savybes nei tradiciniai gyvūnų modeliai; tai vadinamosios „smegenų ant lusto“ technologijos, kurios imituoja smegenų audinį kreditinės kortelės dydžio prietaisuose, ir smegenų organoidai – miniatiūriniai, supaprastinti smegenų modeliai, kurie savaime susidaro vadinamosiose lėkštelėse.

Vis dėlto skirtingai nei organoidai, spausdinimo technika leidžia mokslininkams geriau kontroliuoti, kurios ląstelės kurioje vietoje atsidurs galutiniame audinyje. Be to, atspausdintame audinyje per dvi-penkias savaites susiformuoja nervai, o organoiduose šis procesas, anot kai kurių žymių neurologijos profesorių, priešingai, gali užtrukti daug mėnesių.

Dėl šios spartos įvairias 3D spausdintuvu atspausdinto smegenų audinio versijas taip pat galima pagaminti daug paprasčiau nei organoidus. Todėl ši technologija galėtų būti ypač naudinga išbandant naujus kandidatus į vaistus nuo ligų, turinčių įtakos smegenų funkcijai, pavyzdžiui, neurodegeneracinių bei psichikos sutrikimų. Na, o taip yra todėl, jog skirtingus atspausdintus modelius, kaip manoma, galima sukurti taip, kad jie rodytų kiekvieno sutrikimo ypatumus, kurių nebuvo galima apčiuopti iki šių dienų.

Ateityje numatomi augantys sunkių ligų išgydymo atvejai

Mokslininkai jau anksčiau yra bandę atspausdinti žmogaus smegenų audinį. Bet galutiniame produkte esantys neuronai ir glijos negalėjo sukurti tinkamų tarpusavio ryšių.

Džiaugiamasi, jog šįsyk bandymai davė akivaizdžių rezultatų: naujasis spausdinimo metodas leido suformuoti tinklus, kadangi buvo naudojamas pakankamai minkštas gelis, kuris palengvino šį procesą, suteikdamas ląstelėms pakankamai laisvės susijungti. Be to, gelis buvo pakankamai tvirtas, kad smegenų audinio sluoksniai vis dar laikytųsi kartu.

Skirtingai nuo tradicinių 3D spausdinimo metodų, kai medžiagos sluoksniai sudedami vertikaliai, autoriai savo gelį sudėjo horizontaliai; tai leido sluoksnius padaryti plonesnius, todėl juose esančios ląstelės galėjo gauti kuo daugiau deguonies bei maistinių medžiagų.

Galų gale atspausdintos kamieninės ląstelės išsivystė į visaverčius neuronus ir glijas, kurios suformavo tinklus, panašius į esančius žmogaus smegenyse, ir netgi bendravo tarpusavyje per cheminius pasiuntinius, vadinamus neurotransmiteriais. Atspausdintos ląstelės, kurios paprastai priklauso skirtingoms smegenų dalims, pavyzdžiui, išoriniam smegenų sluoksniui arba žievei, taip pat užmezgė tarpusavio ryšius.

Nepaisant atradimų, autoriai pripažino, jog naujasis modelis vis dar turi trūkumų. Šiuo atveju gelio minkštumas reiškia, kad vienu kartu negalima atspausdinti kelių sluoksnių, nes jie suirtų, jei geliui nebūtų leista sustingti tarp jų, o tai savo ruožtu sulėtina spausdinimo procesą. Atskirų sluoksnių storis taipogi yra ribotas dėl juose esančių ląstelių poreikio maistinėms medžiagoms, dėl ko tuo pačiu ribojamas ir bendras audinio dydis.

Vėlgi, nors modelis yra modelis, o ne tikros smegenys, komanda stengiasi pašalinti visus trūkumus ir tobulinti technologiją, ateityje prognozuodama augančius sunkių ligų išgydymo atvejus.