به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، سیستم عصبی، به ویژه مغز و توانایی‌های شناختی آن، از بارزترین و چشمگیرترین ویژگی‌های انسان است. تاکنون به دلیل فقدان بافت‌های عصبی قابل اعتماد انسانی، بررسی نحوه عملکرد شبکه‌های عصبی انسانی امکان پدیر نبوده است.​ بنابراین هدف این مطالعه ساختن یک بافت عصبی لایه‌ای است که در آن سلول‌های پیش‌ساز عصبی (NPCs) بالغ می‌شوند و سیناپس‌ها را در داخل و بین لایه‌ها تشکیل می‌دهند، در حالی که ساختار حفظ می‌شود.  تیمی از دانشمندان دانشگاه ویسکانسین-مدیسون اولین بافت مغزی پرینت سه بعدی را ایجاد کرده اند که می تواند رشد کند و مانند بافت مغز معمولی عمل کند. این تکنیک چاپ سه بعدی جدید از رویکرد لایه‌بندی افقی و جوهر زیستی نرم‌تر استفاده می‌کند که به نورون‌ها اجازه می‌دهد به هم متصل شوند و شبکه‌هایی شبیه به ساختارهای مغز انسان تشکیل دهند. این توانایی کنترل دقیق انواع و آرایش سلولی فرصت‌های بی نظیری را برای مطالعه عملکردها و اختلالات مغز در یک محیط کنترل شده فراهم می‌کند و راه های جدیدی را برای آزمایش دارو و درک رشد مغز و بیماری‌هایی مانند آلزایمر و پارکینسون ارائه می‌دهد.

شبکه‌های مغز انسان

مغز انسان از ادغام انواع نورون و گلیال تخصصی که دقیقاً به شبکه‌ها متصل شده‌اند، شکل می‌گیرد. درک نحوه عملکرد شبکه‌های عصبی انسان برای بررسی سلامت و بیماری مغز ما ضروری است. مدل‌های حیوانی به دلیل تفاوت در ترکیب عصبی، یکپارچگی سیناپسی، پیچیدگی آستروسیتی و شبکه‌های عصبی بین حیوانات و انسان، نمی‌توانند به طور دقیق پردازش اطلاعات مرتبه بالای مغز انسان را خلاصه کنند. بنابراین، نیاز به یک مدل قابل اعتماد از بافت‌های عصبی زنده انسان وجود دارد که قابل ارزیابی عملکرد شبکه باشد.

ویژگی‌های بافت جدید پرینت شده

سو-چون ژانگ، استاد علوم اعصاب و عصب‌شناسی در مرکز UW-Madison Waisman می‌گوید: «این می‌تواند یک مدل بسیار قدرتمند برای کمک به درک نحوه ارتباط سلول‌های مغز و بخش‌هایی از مغز در انسان باشد». یان می‌گوید: «بافت ما نسبتاً نازک می‌ماند و این باعث می‌شود که نورون‌ها به راحتی اکسیژن کافی و مواد مغذی کافی را از محیط رشد دریافت کنند. این می‌تواند نگاه ما به زیست شناسی سلول‌های بنیادی، علوم اعصاب، و پاتوژنز بسیاری از اختلالات عصبی و روانی را تغییر دهد. در مجله Cell Stem Cell شرح دادند. محققان در این مطالعه به جای استفاده از روش چاپ سه بعدی سنتی، از روی هم قرار دادن لایه‌ها به صورت عمودی، به سمت جهت دهی افقی لایه‌ها رفتند. آنها سلول‌های مغزی، نورون‌های رشد یافته از سلول‌های بنیادی پرتوان القایی را در یک ژل «جوهر زیستی» نرم‌تر از تلاش‌های قبلی قرار دادند. ژانگ می‌گوید: «بافت هنوز ساختار کافی برای نگه‌داشتن در کنار هم دارد، اما به اندازه‌ای نرم است که به نورون‌ها اجازه می‌دهد در یکدیگر رشد کنند و شروع به صحبت با یکدیگر کنند. سلول‌ها مانند مدادهایی که در کنار هم روی میز گذاشته شده اند، کنار هم قرار گرفته اند. سلول‌های چاپ شده از طریق محیط به یکدیگر می‌رسند تا اتصالاتی را در داخل هر لایه چاپ شده و همچنین در بین لایه‌ها ایجاد کنند و شبکه‌هایی را تشکیل دهند که با مغز انسان قابل مقایسه است. نورون‌ها با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند، سیگنال می‌فرستند، از طریق انتقال دهنده‌های عصبی با یکدیگر تعامل می‌کنند، و حتی شبکه‌های مناسبی را با سلول‌های پشتیبان که به بافت چاپ شده اضافه می‌شوند، تشکیل می‌دهند.

اهمیت قشر مغز و جسم مخطط چاپ شده

ژانگ می‌گوید: «ما قشر مغز و جسم مخطط را چاپ کردیم و آنچه پیدا کردیم بسیار قابل توجه بود. حتی زمانی که سلول‌های مختلف متعلق به بخش‌های مختلف مغز را چاپ کردیم، آنها همچنان می‌توانستند به روشی بسیار خاص با یکدیگر صحبت کنند. آزمایشگاه ما از این نظر بسیار خاص است که می‌توانیم تقریباً هر نوع نورون را در هر زمان تولید کنیم. ژانگ می‌گوید سپس می‌توانیم آنها را تقریباً در هر زمان و به هر شکلی که دوست داریم کنار هم قرار دهیم. از آنجایی که می‌توانیم بافت را با طراحی چاپ کنیم، می‌توانیم یک سیستم تعریف‌شده برای بررسی نحوه عملکرد شبکه مغز انسان داشته باشیم. ما می‌توانیم به طور دقیق به نحوه صحبت سلول‌های عصبی تحت شرایط خاص با یکدیگر نگاه کنیم، زیرا می‌توانیم دقیقاً آنچه را که می‌خواهیم چاپ کنیم.» این ویژگی انعطاف پذیری را فراهم می‌کند. از بافت مغز چاپ شده می‌توان برای مطالعه سیگنال دهی بین سلول‌ها در سندرم داون، تعامل بین بافت سالم و بافت همسایه مبتلا به آلزایمر، آزمایش داروهای نامزد جدید یا حتی تماشای تکوین مغز استفاده کرد. «در گذشته، ما اغلب به یک چیز در یک زمان نگاه می‌کردیم، به این معنی که اغلب برخی از مؤلفه‌های مهم را از دست می‌دهیم. اکنون مغز ما در شبکه‌ها عمل می‌کند. ما می‌خواهیم بافت مغز را از این طریق چاپ کنیم زیرا سلول‌ها به خودی خود عمل نمی‌کنند. آنها با یکدیگر صحبت می‌کنند. ژانگ می‌گوید که مغز ما اینگونه کار می‌کند و باید همه با هم به این صورت مطالعه شود تا آن را به درستی درک کنیم. "بافت مغز ما می‌تواند برای مطالعه تقریباً تمام جنبه‌های اصلی آنچه بسیاری از افراد در مرکز Waisman روی آن کار می‌کنند استفاده شود. می‌توان از آن برای بررسی مکانیسم های مولکولی زیربنای رشد مغز، رشد انسان، ناتوانی‌های رشدی، اختلالات عصبی و غیره استفاده کرد.

بهبود روش چاپ جدید

روش چاپ جدید نیز باید برای بسیاری از آزمایشگاه‌ها قابل دسترسی باشد. برای حفظ سلامت بافت نیازی به تجهیزات چاپ زیستی خاص یا روش‌های کشت خاص ندارد و می‌توان آن را با میکروسکوپ‌ها، تکنیک‌های استاندارد تصویربرداری و الکترودهایی که قبلاً در این زمینه رایج است مورد مطالعه قرار داد. محققان مایلند جوهر زیستی خود را بیشتر بهبود بخشند و تجهیزات خود را اصلاح کنند تا جهت گیری‌های خاصی از سلول‌ها را در بافت چاپی خود ایجاد کنند. یان می‌گوید: «در حال حاضر، چاپگر ما یک چاپگر روی میز تجاری است. ما می‌توانیم برخی پیشرفت‌های تخصصی را انجام دهیم تا به ما در چاپ انواع خاصی از بافت مغز بر اساس تقاضا کمک کنیم.»

پایان مطلب/.