به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، ترکیب، خاصیت ارتجاعی و سازماندهی ماتریکس خارج سلولی در سیستم عصبی مرکزی به ساختار و عملکرد مغز کمک می‌کند.  از دیدگاه مدل‌سازی آزمایشگاهی، بیومواد نرم برای تقلید از ریزمحیط‌های عصبی سه بعدی مورد نیاز است. در حالی که بسیاری از مطالعات کشت سه بعدی و تشکیل شبکه‌های عصبی را در سیستم‌های هیدروژل حجیم مورد بررسی قرار داده اند، اما این رویکردها توانایی محدودی برای قرار دادن سلول‌ها برای تقلید از معماری‌های پیچیده مغز دارند. در همین راستا محققان مهندسی دانشگاه موناش با موفقیت با استفاده از یک رویکرد مهندسی بافت و چاپ زیستی از "جوهرهای زیستی" حاوی سلول‌های عصبی زنده برای چاپ شبکه‌های عصبی سه بعدی که می‌توانند در آزمایشگاه رشد کنند و سیگنال‌های عصبی را انتقال داده و به آنها پاسخ دهند، استفاده کرده‌اند.محققان برای این کار از دو جوهر زیستی متمایز استفاده کردند: یکی مملو از سلول‌های زنده و دیگری بدون، که آرایش ماده خاکستری و سفید مغز را تکرار می‌کند. ساختارهای عصبی سه‌بعدی به‌دست‌آمده، بسیار شبیه به یک مغز زنده، اتصالات واقعی را با نوریت‌ها که پیوندهایی را بین لایه‌های مختلف قشر مغز ایجاد می‌کردند، به نمایش گذاشتند. درنهایت اینکه تولید این شبکه‌های بیوپرینت شده، یک گام بزرگ در حوزه‌های علوم اعصاب و چاپ زیستی را نشان می‌دهد. این فناوری در Advanced Healthcare Materials منتشر شده است. این شبکه‌های چاپ‌شده زیستی، با پل زدن میان ماده خاکستری و سفید، فعالیت عصبی خود به خود را نشان می‌دهند و به محرک‌ها پاسخ می‌دهند. این پیشرفت راه هایی را برای تحقیقات عصبی عمیق تر، از مکانیسم های بیماری گرفته تا اثرات دارو بر روی سیستم عصبی باز می‌کند.

برتری کشت‌های سه‌بعدی نسبت به کشت‌های دو‌بعدی

کشت‌های عصبی دوبعدی به‌طور گسترده برای مطالعه رشد نورون‌ها، تمایز، تشکیل شبکه و مکانیسم‌های بیماری مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نورون‌ها در کشت‌های دوبعدی به شدت با سطوح سفت و سخت تعامل دارند و ساختار سیتوماتیکی نسبتاً مسطح و عدم تعادل در اتصال گیرنده را نشان می‌دهند. بنابراین در این سیستم کشت دوبعدی تاکنون نحوه تعامل نورون‌ها و ماتریکس خارج سلولی (ECM) در داخل بدن و نقش آموزشی که ECM در تنظیمات فیزیولوژیکی در هدایت عملکرد نورون ایفا می‌کند، دیده نشده بود. کشت‌های سه‌بعدی نشان‌دهنده یک مدل واقعی‌تر در شرایط آزمایشگاهی مغز نسبت به کشت‌های دوبعدی هستند: زیرا در این سیستم کشت نورون‌های مغز توسط ECM احاطه شده‌اند، که ممکن است حاوی نشانه‌هایی باشد که سیگنال‌دهی و عملکرد نورون‌ها را ارتقا می‌دهد. این فعل و انفعالات سه بعدی ارتباط بیشتری را برای مطالعات سیگنال‌دهی سلولی و تشکیل شبکه عصبی در رشد طبیعی و آسیب شناختی مغز را فراهم می‌کند. چاپ زیستی نوید زیادی برای تولید ساختارهای عصبی با کنترل فضایی و زمانی بالا در محیط کشت سه بعدی دارد. در حالی که تعداد زیادی از مطالعات کشت‌های عصبی سه بعدی را با استفاده از روش چاپ زیستی مورد بررسی قرار داده‌اند، ولی همچنان نیاز به یک روش چاپ زیستی همه کاره مناسب برای تولید بافت‌های عصبی وجود دارد.

مهندسی بافت جایگزینی بالقوه برای پیوند عصب

سیستم عصبی بخشی از بدن ما است و نقش کلیدی در هماهنگی عمل و اطلاعات حسی و همچنین برقراری ارتباط بین اعضای مختلف بدن از طریق انتقال سیگنال الکتریکی ایفا می‌کند. این سیستم با هماهنگ کردن ورودی‌ها از منابع مختلف و تبدیل آنها به اقدامات و خروجی‌های مستقل که به تغییرات محیطی پاسخ می‌دهند، کار می‌کند. بنابراین، اختلال یا آسیب شدید عصبی می‌تواند منجر به ناتوانی شود و تأثیر منفی قابل توجهی بر کیفیت زندگی بیماران داشته باشد. سیستم عصبی انسان را می‌توان به عنوان دو زیرسیستم شناسایی کرد، یکی سیستم عصبی مرکزی (CNS) و دیگری سیستم عصبی محیطی (PNS )شامل مغز و نخاع می‌شود، در حالی که PNS شامل سایر بافت‌های عصبی غیر از مغز و نخاع است .بیماران درگیر در ترومای بزرگ اغلب به دلیل وسعت ضربه از آسیب عصب محیطی رنج می‌برند و این آسیب‌ها معمولاً شامل فشردگی عصب، آسیب عصبی یا پارگی یا حتی آسیب ایسکمیک است. سایر علل آسیب عصب محیطی شامل جراحی و سایر عوارض است. این آسیب‌ها می‌تواند منجر به انواع اختلالات و بیماری‌های عصبی شود. با پیشرفت تکنولوژی و دانش پزشکی، میزان موفقیت درمان اعصاب محیطی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. با این حال، با توجه به ظرفیت بازسازی محدود اعصاب، هنوز شکاف بزرگی برای درمان کامل عملکرد عصبی وجود دارد. تا به امروز، گنجاندن پزشکی بازساختی در درمان اعصاب محیطی به دلیل موانع عمده ای از جمله طولانی مدت بازسازی، منابع عصبی محدود پیوند خودکار، و رد پیوند اتولوگ، همچنان چالش برانگیز بوده است. بنابراین، دانشمندان همواره به دنبال راه حل‌های جدید برای غلبه بر این چالش‌ها هستند. مهندسی بافت از دهه گذشته به عنوان یک جایگزین بالقوه برای پیوند عصب در نظر گرفته شده است و به یک موضوع تحقیقاتی مهم در زمینه بازسازی اعصاب تبدیل شده است.

ایجاد اتصالات بین لایه‌های مختلف قشر

پروفسور جان فورسایت از دپارتمان علوم و مهندسی مواد، که رهبری این تحقیق را بر عهده دارد، گفت در حالی که قبلاً از کشت سلول‌های عصبی دو بعدی برای مطالعه تشکیل شبکه‌های عصبی و مکانیسم‌های بیماری استفاده شده بود، این ساختارهای نسبتاً مسطح منعکس کننده نحوه رشد نورون‌ها و تعامل با محیط اطرافشان است. پروفسور فورسایت گفت: «شبکه‌های رشد یافته در این تحقیق ماهیت سه‌بعدی مدارها را در یک مغز زنده شبیه‌سازی کردند، جایی که سلول‌های عصبی فرآیندهایی به نام نوریت‌ها را گسترش می‌دهند تا اتصالات بین لایه‌های مختلف قشر را ایجاد کنند.» ما دریافتیم که برآمدگی‌های رشد یافته از نورون‌ها در «ماده خاکستری» یا لایه سلولی چاپ‌شده به آسانی از طریق لایه «ماده سفید» رشد می‌کنند و از آن به‌عنوان «بزرگراه» برای برقراری ارتباط با نورون‌ها در لایه‌های دیگر استفاده می‌کنند. ما نه تنها توانستیم یک طرح اولیه مشابه آنچه در نواحی مغز می‌بینیم بسازیم، بلکه متوجه شدیم که نورون‌ها در واقع به شیوه‌ای مشابه نورون‌های بافت مغز عمل می‌کنند.»

ایجاد یک پلتفرم امیدوارکننده برای مطالعه نحوه شکل‌گیری شبکه‌های عصبی

اندازه‌گیری‌های حساس الکتروفیزیولوژیکی فعالیت‌های عصبی مانند خود به خودی را که در شبکه‌های عصبی سه بعدی انجام می‌شود، علاوه بر پاسخ‌هایی که توسط تحریک الکتریکی و دارویی برانگیخته می‌شود، تأیید کرد. وجود فعالیت الکتریکی قابل تشخیص در شبکه های سه بعدی مهندسی بافت نشان دهنده یک گام به جلو در زمینه علوم اعصاب و چاپ زیستی است. شبکه‌های عصبی سه‌بعدی چاپ‌شده زیستی احتمالاً یک پلتفرم امیدوارکننده برای مطالعه نحوه شکل‌گیری و رشد اعصاب و شبکه‌های عصبی، بررسی چگونگی تأثیر برخی بیماری‌ها بر انتقال عصبی و غربالگری داروها برای تأثیر آنها بر سلول‌های عصبی و سیستم عصبی هستند.

پایان مطلب/.