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3D資訊
首頁 > 資訊中心青島3D打印制作大腦皮層組織：腦損傷
發(fā)布時間：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)、癌癥手術切除、癲癇和中風導致的大腦皮層區(qū)域損傷會損害認知功能，損害運動技能，并導致整體生活質量下降。
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重缺乏。
在小鼠模型中，已嘗試植入神經祖細胞來修復腦損傷。然而，這并沒有完全恢復受損的腦組織，因為細胞結構與自然的大腦解剖結構并不相似。
因此，植入類似于受損組織細胞結構的組織可能比缺乏結構完整性的分離的 hiPSC 衍生類器官更有效。
關于該研究
成熟的神經元在3D打印過程中對溫度、滲透壓等變化造成的損傷很敏感，從而導致身體應激。
因此，在本研究中，研究人員使用人類誘導多能干細胞(hiPSC) 系 AH016-3 3D打印上層和深層神經祖細胞（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8 × 8 × 8的液滴網絡，并標有獨特的顏色。他們還3D打印出各種形狀的厘米級結構。
他們在對納米顆粒進行進一步處理之前，用油3D打印了組織。他們在神經維持培養(yǎng)基 (NMM) 中培養(yǎng)皮質組織，并添加生長因子混合物，其中包含支持增殖（例如表皮生長因子和成纖維細胞生長因子-2）和存活（腦源性神經營養(yǎng)因子）的生長因子，持續(xù)第一周。
在第一個 WPP 結束時，他們用神經末梢培養(yǎng)基 (NTM) 取代了補充生長因子的 NMM，以促進皮質組織成熟。
最后，他們在兩個、四個和八個 WPP 處收獲組織，并在 8 個 WPP 處對代表性深層皮質組織進行免疫染色，以揭示組織結構和細胞組成、形態(tài)、細胞遷移、過程生長和基因表達，并通過神經可視化進行可視化。
他們使用實時定量聚合酶鏈反應 (RT-qPCR) 進行基因表達分析，以確認 DN 和 UN 細胞的身份。
結果
研究人員在3D打印一周多后的體外培養(yǎng)過程中觀察了神經元的遷移和成熟。最后，當研究人員將3D打印的皮質組織植入離體腦外植體時，植入物與宿主組織形成結構連接并保持其鈣離子（Ca 2+）活性。
相關的Ca 2+振蕩由于體積傳輸的早期建立而顯現(xiàn)。請注意，Ca 2+離子活性是一種神經元信號傳遞方法，涉及神經遞質的非突觸釋放，神經遞質通過細胞外空間 (ECS) 擴散。
未來，研究人員的目標是在更長的植入后孵化時間后進行植入，以獲得更先進的修復。
熒光共焦（FC）成像揭示了從植入物向宿主的生長過程和神經元遷移（神經發(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) 四種條件下生長和遷移距離的差異。
有趣的是，γ-分泌酶抑制劑 (DAPT) 治療導致條件 A (265 ± 30 μm) 和 B (434 ± 41 μm) 的距離進一步增加。事實上，這些植入的外植體可以幫助評估營養(yǎng)物質和 DAPT 治療對植入的影響。
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生了不同類型的神經元，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形狀和細胞結構的植入物可能會提供精確的治療并恢復認知。
此外，研究人員可能會從患者的細胞中提取納米粒子來治療腦損傷，因為它們可能會產生更真實的皮質組織。
該研究方法可以幫助打印替代的化學成分水凝膠，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)、癌癥手術切除、癲癇和中風導致的大腦皮層區(qū)域損傷會損害認知功能，損害運動技能，并導致整體生活質量下降。
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重缺乏。
在小鼠模型中，已嘗試植入神經祖細胞來修復腦損傷。然而，這并沒有完全恢復受損的腦組織，因為細胞結構與自然的大腦解剖結構并不相似。
因此，植入類似于受損組織細胞結構的組織可能比缺乏結構完整性的分離的 hiPSC 衍生類器官更有效。
關于該研究
成熟的神經元在3D打印過程中對溫度、滲透壓等變化造成的損傷很敏感，從而導致身體應激。
因此，在本研究中，研究人員使用人類誘導多能干細胞(hiPSC) 系 AH016-3 3D打印上層和深層神經祖細胞（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8 × 8 × 8的液滴網絡，并標有獨特的顏色。他們還3D打印出各種形狀的厘米級結構。
他們在對納米顆粒進行進一步處理之前，用油3D打印了組織。他們在神經維持培養(yǎng)基 (NMM) 中培養(yǎng)皮質組織，并添加生長因子混合物，其中包含支持增殖（例如表皮生長因子和成纖維細胞生長因子-2）和存活（腦源性神經營養(yǎng)因子）的生長因子，持續(xù)第一周。
在第一個 WPP 結束時，他們用神經末梢培養(yǎng)基 (NTM) 取代了補充生長因子的 NMM，以促進皮質組織成熟。
最后，他們在兩個、四個和八個 WPP 處收獲組織，并在 8 個 WPP 處對代表性深層皮質組織進行免疫染色，以揭示組織結構和細胞組成、形態(tài)、細胞遷移、過程生長和基因表達，并通過神經可視化進行可視化。
他們使用實時定量聚合酶鏈反應 (RT-qPCR) 進行基因表達分析，以確認 DN 和 UN 細胞的身份。
結果
研究人員在3D打印一周多后的體外培養(yǎng)過程中觀察了神經元的遷移和成熟。最后，當研究人員將3D打印的皮質組織植入離體腦外植體時，植入物與宿主組織形成結構連接并保持其鈣離子（Ca 2+）活性。
相關的Ca 2+振蕩由于體積傳輸的早期建立而顯現(xiàn)。請注意，Ca 2+離子活性是一種神經元信號傳遞方法，涉及神經遞質的非突觸釋放，神經遞質通過細胞外空間 (ECS) 擴散。
未來，研究人員的目標是在更長的植入后孵化時間后進行植入，以獲得更先進的修復。
熒光共焦（FC）成像揭示了從植入物向宿主的生長過程和神經元遷移（神經發(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) 四種條件下生長和遷移距離的差異。
有趣的是，γ-分泌酶抑制劑 (DAPT) 治療導致條件 A (265 ± 30 μm) 和 B (434 ± 41 μm) 的距離進一步增加。事實上，這些植入的外植體可以幫助評估營養(yǎng)物質和 DAPT 治療對植入的影響。
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生了不同類型的神經元，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形狀和細胞結構的植入物可能會提供精確的治療并恢復認知。
此外，研究人員可能會從患者的細胞中提取納米粒子來治療腦損傷，因為它們可能會產生更真實的皮質組織。
該研究方法可以幫助打印替代的化學成分水凝膠，例如膠原蛋白和瓊脂糖，這可
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