Naukowcy z pomocą druku 3D otrzymali tkankę ludzkiego mózgu, podobną do naturalnej

Naukowcy z USA z pomocą druku 3D otrzymał ludzką tkankę mózgową, która działa i rośnie podobnie jak naturalna. To potężne narzędzie do badania różnorodnych zaburzeń, w tym choroby Alzheimera czy Parkinsona.

Naukowcy wydrukowali ludzką tkankę mózgu

.Naukowcy z University of Wisconsin–Madison Waisman Center ogłosili potencjalnie przełomowe dokonanie dotyczące hodowli tkankowych.

Korzystając z druku 3D otrzymali tkankę mózgu człowieka, która w dużej mierze przypomina prawdziwą.

„To może być potężny model, który pomoże nam zrozumieć, jak komórki mózgu i różne jego części się komunikują. Może to zmienić sposób, w jaki patrzymy na biologię komórek macierzystych, neuronaukę i patogenezę wielu neurologicznych oraz psychiatrycznych zaburzeń” – mówi prof. Su-Chun Zhang, autor publikacji, która ukazała się w piśmie „Cell Stem Cell”.

Sukces naukowcy zawdzięczają nowemu podejściu do biologicznego druku 3D. Zamiast stosowanego zwykle pionowego nakładania kolejnych warstw komórek macierzystych, badacze drukowali je poziomo, a przy tym były one zawieszone w bardziej miękkim żelu niż stosowane wcześniej. Potem powstały z tych komórek neurony.

„Tkanka nadal ma wystarczająco mocną strukturę, aby się utrzymać, ale jest wystarczająco miękka, aby neurony mogły rosnąć i zacząć się komunikować” – wyjaśnia prof. Zhang.

„Nasza tkanka pozostaje relatywnie cienka, dzięki czemu neurony otrzymują wystarczająco dużo tlenu i składników odżywczych z otaczającej je pożywki” – dodaje jeden z naukowców, Yuanwei Yan.

Zaskakujące odkrycie naukowców

.Połączenia powstają między neuronami ułożonymi w tej samej warstwie, jak i w różnych warstwach.

„Wydrukowaliśmy zarówno tkankę kory mózgowej, jak i prążkowia. To, co odkryliśmy, było zaskakujące. Nawet jeśli wydrukowaliśmy różne komórki należące do różnych części mózgu, nadal były w stanie się między sobą w specyficzny sposób komunikować” – opowiada prof. Zhang.

Zastosowane przez jego zespół podejście ma przewagę nad hodowlą intensywnie ostatnio badanych organoidów (małych, uproszczonych, żywych modeli) mózgu. To dlatego, że druk pozwala na precyzyjne określenie położenia poszczególnych komórek. Pozwala to, jak wyjaśniają badacze, na szczegółową analizę komunikacji między neuronami. 

Wydruk pozwala np. na badanie połączeń między nauronami w tkance typowej dla zespołu Downa czy choroby Alzheimera. Umożliwia też testowanie leków, a nawet obserwację wzrostu mózgu.

„W przeszłości często przyglądaliśmy się jednej kwestii w danym czasie, co oznacza, że często umykały nam kluczowe komponenty. Ludzki mózg działa za pomocą różnych sieci. Chcemy drukować tkankę mózgu w taki właśnie sposób, ponieważ jej komórki nie działają samodzielnie. One ze sobą rozmawiają. To właśnie tak działa nasz mózg i musimy wszystkie aspekty badać jednocześnie, aby to działanie zrozumieć” – podkreśla prof. Zhang.

„Stworzona przez nas tkanka może być wykorzystana do badania prawie każdego ważnego aspektu pracy mózgu, którym zajmują się naukowcy w Waisman Center. Można dzięki niej przyglądać się mechanizmom molekularnym leżącym u podłoża rozwoju mózgu, zaburzeniom rozwoju, chorobom neurodegeneracyjnym i innym zjawiskom” – dodaje specjalista.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – «zlania się» dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego i asystent naukowy Instytutu Astronomicznego UWr.

Podkreśla on, że „proces ewolucji życia tych fantastycznych obiektów współcześnie ma status osobnej, niezwykle skomplikowanej teorii. Warianty i potencjalne ścieżki życia gwiazd są niezwykle zróżnicowane, chociaż przebiegają według znanego nam schematu: narodziny, rozwój i śmierć. Gwiazdy różnią się masą, składem chemicznym i wiekiem. Wszechświat składa się z milionów gazowych kul, od najmniejszych, posiadających zaledwie 8 proc. masy Słońca, po giganty sięgające nawet jej 100-krotności”.

„Kluczowe w procesie narodzin gwiazdy są mgławice. Jest to obłok pyłu i gazu, w którym dochodzi do formowania się gwiazd. We wczesnych fazach gaz pozostaje praktycznie niewzbudzony i zauważalny jedynie w podczerwieni. Gwiazdy dzięki kolapsowi grawitacyjnemu narodziły się z materii i powoli ją rozdmuchują, emitując specyficzną formę wiatru. Tracą materię, która odsuwa od nich gaz” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI.

Zaznacza również, że „w jądrze gwiazdy promieniowanie jest ekstremalnie energetyczne i charakteryzuje się bardzo silnym natężeniem. W pewnym momencie życia gwiazdy okazuje się, że samo świecenie nie wystarcza na transport energii z jądra w kierunku jej powierzchni. Na tym etapie pojawia się konwekcja. Możemy wyobrazić sobie to na przykładzie. Podgrzewając garnek z wodą, możemy zaobserwować komórki konwekcyjne – bąble, które nieustannie mieszają się ze sobą. Gdyby konwekcja nie następowała, dno garnka by się przypaliło, bo samo przewodnictwo ciepła nie dałoby rady odprowadzić energii”.

„Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI.

Pełniejszy opis cyklu narodzin, życia i śmierci gwiazd badacz przedstawia w tekście opublikowanym na łamach „Wszystko co Najważniejsze”.

PAP/ Marek Matacz/ Wszystko co Najważniejsze/ LW