A Wisconsin-Madison Egyetem szakértőinek vezetésével egy kutatócsapat apró, emberi agyutánzatot állított elő 3D-nyomtatással, hogy a szövetek viselkedését tanulmányozzák. A kutatók elmondása szerint az emberi neurális hálózat működésének rejtelyeit nehéz felderíteni a rendelkezésre álló minták és megfigyelési lehetőségek hiánya miatt, emiatt előtérbe kerültek a bionyomtatással készített szöveteken végzett tesztek a kísérletek során, amelyekkel bizonyos szempontból helyettesíteni lehet a valódi emberi agyat. Bár sem az organoidok, sem a 3D-nyomtatott szövetek nem tudják teljes mértékben imitálni a természetes szervek bonyolult felépítését és működését, de a legújabb bionyomtatási módszerrel már egészen élethű modelleket lehet létrehozni.

Az egyetem kutatói neurális és gliális progenitor sejteket, azaz elődsejteket helyeztek a 3D-nyomtató segítségével hosszú sorokba egymás mellé, majd ezek a sejtek különböző típusú agyi sejtekké fejlődtek és heteken belül funkcionális neurális hálózatokat alkottak a szövetek egyes rétegein belül és a rétegek között is. A kialakuló szövetekhez asztrocitákat is adtak, amelyek az emberi agyban nagy számmal találhatóak és feladatuk többek között a neuronok támogatása, kontrollálása és a szinapszisok aktivitásában, vagyis az idegsejtek információátvitelében is szerepet játszanak. Az asztrociták a mesterségesen létrehozott agyakban ugyanolyan működőképes viselkedésre utaló jeleket mutattak, mint a természetes szervekben, amire a neurális aktivitás során a glutamát felvételéből következtettek a kutatók. Az életképes és funkcionális szövetek sikeres megalkotásának egyik fő elemét a megfelelő biotinta használata jelenti: a kísérletben ehhez egy nagy részben fibrinogént és trombint tartalmazó hidrogélt alkalmaztak, ami egyszerre biztosította a sejtek túlélését, fejlődését és megtartotta a kellő szerkezeti stabilitást is, ezt kombinálták zselatinnal, hialuronsavval, cellulózzal és más anyagokkal.

Az agy a sejtek közötti interakciók révén tud működni, így a 3D-nyomtatott agyszövetek esetében is kulcsfontosságú volt, hogy létrejöjjenek a megfelelő kapcsolatok a neuronok között.

A kísérletben a különböző típusú sejtek olyan módon alakították ki a kapcsolódási hálózatot, mint egy valódi agyban, tehát a szövet kezdetleges jellege ellenére hűen imitálták az agy elrendezését.

A szövetek méghozzá nem csak az egészséges működést tudják leképezni, hanem a patologikus állapotokat is. Mikor a kutatók ahhoz hasonló mutációkat indukáltak a sejtekben, mint amelyek az Alexander-kór során jelennek meg az agyban, a nyomtatott szövetek is rendhagyó módon kezdtek viselkedni és a sejtjeik kevesebb kapcsolatot alakítottak ki egymással.

A jelenlegi módszerekkel még nem lehetséges az emberi agy komplexitását utánozni, de a sejtek fejlődésének, aktivitásának és bizonyos jelenségek kialakulásának megfigyelése lehetséges a mesterséges agyak segítségével. A nyomtatott neurális szövetek ígéretes mintát jelenthetnek a humán idegi hálózatok vizsgálatához, a jövőben pedig a jelenleginél bonyolultabb, több rétegű és kifinomultabb szövetek megalkotása is elérhető közelségbe kerülhet a bionyomtatás fejlődésével.

(Fotó: Yan et al/Cell Stem Cell, TheDigitalArtist/Pixabay)