Medical Xpress , 01/02/2024
Hình: Phần trăm tỷ lệ sống và biệt hóa của các tế bào thần kinh có nguồn gốc từ hPSC trong fibrin hydrogel. Nguồn: Cell Stem Cells (2024). DOI: 10.1016/j.stem.2023.12.009
Một nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Wisconsin–Madison đã tạo ra mô não bằng kỹ thuật in 3D đầu tiên có thể phát triển và hoạt động giống như mô não thông thường.
Thành tựu này có ý nghĩa quan trọng đối với các nhà khoa học nghiên cứu về não và các rối loạn phát triển thần kinh như Alzheimer và Parkinson.
“Đây có thể là một mô hình cực kỳ hiệu quả giúp chúng ta hiểu cách các tế bào não và các bộ phận của não giao tiếp với nhau”, Su Chun Chang, Giáo sư thần kinh học tại Trung tâm Weisman thuộc Đại học Washington, Madison, cho biết. “Nó có thể thay đổi cách chúng ta nhìn vào sinh học tế bào gốc, khoa học thần kinh và cơ chế bệnh sinh của nhiều bệnh thần kinh và tâm thần.”
Theo Zhang và Yan Yuanwei, nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Zhang, đã mô tả phương pháp của họ trên tạp chí Cell Stem Cell, cho biết phương pháp in đã hạn chế sự thành công trước đây của việc in mô não.
Thay vì sử dụng phương pháp in 3D truyền thống, xếp chồng các lớp theo chiều dọc, các nhà nghiên cứu đã thực hiện theo chiều ngang. Họ định vị các tế bào não, các tế bào thần kinh phát triển từ các tế bào gốc đa năng cảm ứng, trong gel “mực sinh học” mềm hơn nhiều so với những gì họ đã cố gắng sử dụng trước đây.
Zhang nói: “Mô vừa có cấu trúc ổn định vừa đủ mềm để cho phép các tế bào thần kinh phát triển và tiếp xúc với nhau”. Các tế bào được đặt cạnh nhau giống như những cây bút chì đặt cạnh nhau trên mặt bàn.
Yan nói: “Mô của chúng ta tương đối mỏng và điều này giúp các tế bào thần kinh dễ dàng nhận đủ oxy và đủ chất dinh dưỡng từ môi trường phát triển”.
Nguồn: Cell Stem Cells (2024). DOI: 10.1016/j.stem.2023.12.009
Các kết quả đã nói lên các tế bào có thể liên kết với nhau. Các tế bào được in xuyên qua môi trường để hình thành các kết nối bên trong mỗi lớp cũng như giữa các lớp, tạo thành các mạng lưới có thể so sánh được với bộ não con người. Các tế bào thần kinh giao tiếp, gửi tín hiệu, tương tác với nhau thông qua các chất dẫn truyền thần kinh và thậm chí hình thành mạng lưới thích hợp với các tế bào hỗ trợ được thêm vào mô in.
Zhang nói: “Chúng tôi đã in vỏ não và thể vân và kết quả thật đáng kinh ngạc”. “Ngay cả khi chúng tôi in ra các tế bào khác nhau thuộc các phần khác nhau của não, chúng vẫn có thể giao tiếp với nhau theo một cách rất đặc biệt và cụ thể.”
Kỹ thuật in mang lại độ chính xác – kiểm soát loại và sự sắp xếp của các tế bào – không có trong các cơ quan não, các cơ quan nhỏ được sử dụng để nghiên cứu về não. Các chất hữu cơ phát triển với thiếu tổ chức và kiểm soát hơn.
Zhang cho biết: “Phòng thí nghiệm của chúng tôi rất đặc biệt ở chỗ chúng tôi có thể tạo ra khá nhiều loại tế bào thần kinh vào bất kỳ lúc nào. Sau đó, chúng tôi có thể ghép chúng lại với nhau hầu như bất kỳ lúc nào và theo bất kỳ cách nào chúng tôi muốn”. “Bởi vì chúng tôi có thể thiết kế mô in nên chúng tôi có thể có một hệ thống xác định để xem mạng lưới não người hoạt động như thế nào. Chúng tôi có thể quan sát rất cụ thể cách các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau trong những điều kiện nhất định vì chúng tôi có thể in chính xác những gì chúng tôi muốn.”
Sự đặc biệt này mang lại tính linh hoạt. Mô não được in ra có thể được sử dụng để nghiên cứu tín hiệu giữa các tế bào trong hội chứng Down, sự tương tác giữa mô khỏe mạnh và mô lân cận bị ảnh hưởng bởi bệnh Alzheimer, thử nghiệm các loại thuốc mới hoặc thậm chí theo dõi sự phát triển của não. “Trước đây, chúng ta thường chỉ nhìn một thứ tại một thời điểm, điều đó có nghĩa là chúng ta thường bỏ lỡ một số thành phần quan trọng. Bộ não của chúng ta hoạt động theo mạng lưới. Chúng tôi muốn in mô não theo cách này vì các tế bào không tự vận hành. Chúng giao tiếp với nhau. Đây là cách bộ não của chúng ta hoạt động và nó phải được nghiên cứu cùng nhau như thế này để thực sự hiểu được nó.”
Zhang nói: “Mô não của chúng tôi có thể được sử dụng để nghiên cứu hầu hết các khía cạnh chính mà nhiều người tại Trung tâm Waisman đang nghiên cứu. Nó có thể được sử dụng để nghiên cứu các cơ chế phân tử làm cơ sở cho sự phát triển não bộ, sự phát triển của con người, khuyết tật phát triển, rối loạn thoái hóa thần kinh, v.v. .”
Nhiều phòng thí nghiệm cũng có thể sử dụng công nghệ in mới này. Nó không yêu cầu thiết bị in sinh học đặc biệt hoặc phương pháp nuôi cấy để giữ cho các mô khỏe mạnh và có thể được nghiên cứu chuyên sâu bằng kính hiển vi, công nghệ hình ảnh tiêu chuẩn và các điện cực đã phổ biến trong lĩnh vực này.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu muốn khám phá tiềm năng chuyên môn hóa, cải thiện hơn nữa cần cải tiến mực sinh học và thiết bị của họ để cho phép các tế bào theo một hướng cụ thể trong mô in.
“Bây giờ, máy in của chúng tôi là máy in thương mại để bàn”, Yan nói: “Chúng tôi có thể thực hiện một số cải tiến chuyên biệt để giúp chúng tôi in các loại mô não cụ thể theo yêu cầu.”
Tài liệu tham khảo
Yuanwei Yan et al, 3D bioprinting of human neural tissues with functional connectivity, Cell Stem Cell (2024). DOI: 10.1016/j.stem.2023.12.009
Nguồn: Medical Xpress
Link: https://medicalxpress.com/news/2024-02-3d-functional-human-brain-tissue.html
