O echipă de la Oxford a produs un ţesut modificat care reprezintă un cortex cerebral simplificat prin imprimarea 3D a celulelor stem umane. Când au fost implantate în creierul de şoarece, structurile s-au integrat în ţesutul gazdă. Tehnica ar putea fi dezvoltată în cele din urmă pentru repararea personalizată în cazul tratării leziunilor cerebrale.
O tehnică revoluţionară dezvoltată de cercetătorii de la Universitatea Oxford ar putea, într-o bună zi, să ofere reparaţii personalizate pentru cei care suferă leziuni cerebrale. Cercetătorii au demonstrat pentru prima dată că celulele neuronale pot fi tipărite 3D pentru a imita arhitectura cortexului cerebral.
Rezultatele au fost publicate miercuri, în revista Nature Communications.
Leziunile cerebrale, inclusiv cele provocate de traumatisme, AVC şi intervenţii chirurgicale pentru tumori cerebrale, au ca rezultat, de obicei, leziuni semnificative ale cortexului cerebral (stratul exterior al creierului uman), ceea ce duce la dificultăţi de cunoaştere, mişcare şi comunicare.
Se estimează că, în fiecare an, aproximativ 70 de milioane de persoane din întreaga lume suferă de leziuni cerebrale traumatice (TCC), 5 milioane dintre aceste cazuri fiind grave sau fatale.
În prezent, nu există tratamente eficiente pentru leziunile cerebrale grave, ceea ce duce la efecte grave asupra calităţii vieţii.
Terapiile de regenerare a ţesuturilor, în special cele în care pacienţilor li se administrează implanturi derivate din propriile celule stem, ar putea fi o cale promiţătoare pentru tratarea leziunilor cerebrale în viitor.
Cu toate acestea, până în prezent, nu a existat nicio metodă care să garanteze că celulele stem implantate imită arhitectura creierului.
În acest nou studiu, cercetătorii de la Universitatea din Oxford au fabricat un ţesut cerebral cu două straturi prin imprimarea 3D a celulelor stem neuronale umane.
Atunci când au fost implantate în felii de creier de şoarece, celulele au prezentat o integrare structurală şi funcţională convingătoare cu ţesutul gazdă.
,,Acest progres marchează un pas important către fabricarea de materiale cu structura şi funcţia completă a ţesuturilor cerebrale naturale. Lucrarea va oferi o oportunitate unică de a explora funcţionarea cortexului uman şi, pe termen lung, va oferi speranţă persoanelor care suferă leziuni cerebrale" a declarat unul dintre autorii principali, dr. Yongcheng Jin (Departamentul de chimie, Universitatea Oxford).
Structura corticală a fost realizată din celule stem pluripotente induse umane (hiPSC), care au potenţialul de a produce tipurile de celule care se găsesc în majoritatea ţesuturilor umane.
Un avantaj esenţial al utilizării hiPSC pentru repararea ţesuturilor este că acestea pot fi derivate cu uşurinţă din celule recoltate chiar de la pacienţi şi, prin urmare, nu ar declanşa un răspuns imunitar.
HiPSC au fost diferenţiate în celule progenitoare neuronale pentru două straturi diferite ale cortexului cerebral, prin utilizarea unor combinaţii specifice de factori de creştere şi substanţe chimice.
Celulele au fost apoi suspendate în soluţie pentru a genera două ,,cerneluribio", care au fost apoi imprimate pentru a produce o structură cu două straturi.
În cultură, ţesuturile imprimate şi-au păstrat arhitectura celulară stratificată timp de săptămâni, după cum indică expresia biomarkerilor specifici fiecărui strat.
Atunci când ţesuturile imprimate au fost implantate în felii de creier de şoarece, acestea au prezentat o integrare puternică, după cum demonstrează proiecţia proceselor neuronale şi migrarea neuronilor peste graniţa implant-gazdă.
Celulele implantate au prezentat, de asemenea, o activitate de semnalizare, care a fost corelată cu cea a celulelor gazdă.
Acest lucru indică faptul că celulele umane şi cele de şoarece comunicau între ele, demonstrând o integrare funcţională, dar şi structurală.
Cercetătorii intenţionează acum să perfecţioneze în continuare tehnica de imprimare a ,,picăturilor bio" pentru a crea ţesuturi complexe de cortex cerebral cu mai multe straturi care să imite mai realist arhitectura creierului uman.
Pe lângă potenţialul lor de reparare a leziunilor cerebrale, aceste ţesuturi proiectate ar putea fi utilizate în evaluarea medicamentelor, în studii privind dezvoltarea creierului şi pentru a ne îmbunătăţi înţelegerea bazelor cogniţiei.
Noul progres se bazează pe o istorie de zece ani a echipei în ceea ce priveşte inventarea şi brevetarea tehnologiilor de imprimare 3D pentru ţesuturile sintetice şi culturile de celule.
,,Tehnica noastră de imprimare a picăturilor oferă un mijloc de a proiecta ţesuturi 3D vii cu arhitecturi dorite, ceea ce ne apropie de crearea unor tratamente de implantare personalizate pentru leziunile cerebrale", a declarat la rândul său unul dintre autorii principali, dr. Linna Zhou (Departamentul de Chimie, Universitatea Oxford)
Potrivit autorilor de la Oxford, utilizarea de felii de creier viu creează o platformă puternică pentru interogarea utilităţii imprimării 3D în repararea creierului.
,,Dezvoltarea creierului uman este un proces delicat şi elaborat, cu o coregrafie complexă. Ar fi o naivitate să credem că putem recrea întreaga progresie celulară în laborator. Cu toate acestea, proiectul nostru de imprimare 3D demonstrează un progres substanţial în controlul aranjamentelor iPSC umane pentru a forma unităţile funcţionale de bază ale cortexului cerebral", a explicat la rândul său, profesorul Zoltán Molnár (Departamentul de Fiziologie, Anatomie şi Genetică, Universitatea Oxford).
Foto articol: Ţesut cortical cerebral în două straturi, imprimat 3D, vizualizat într-o felie de creier de şoarece. Celulele neuronale implantate au fost marcate cu markeri fluorescenţi (albastru şi roşu în imagine). Credit imagine: Yongcheng Jin, Universitatea din Oxford.
