科学者は機能する人間の脳組織を3Dバイオプリントした

科学者たちは何年も前から脳の「オルガノイド」を作製してきたが、研究室で培養された小さな組織には限界がある。最も苛立たしい問題の一つは、そのデザインを制御できないことで、オルガノイドの機能と用途が制限されることが多い。研究者たちは長い間、3D プリントが解決策になるのではないかと考えていたが、これまでのところ、その回避策は困難で効果がないことが判明している。しかし、新たな製造技術の進歩により、長年の障壁が解消され、パーキンソン病やアルツハイマー病などの病気の治療法を模索する新たな方法がいつの日か見つかるかもしれない。

Cell Stem Cell誌の最新号で詳述されているように、ウィスコンシン大学マディソン校の研究者らは、脳組織に似た成長と機能を持つ培養物を作成するための新しい3Dプリント手法を開発した。従来の3Dプリントでは「バイオインク」をケーキのように垂直に重ねるが、研究チームは代わりに、ドミノをプレイするかのように水平に印刷するように機械に指示した。

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New Atlas の説明によると、研究者らは多能性幹細胞 (複数の異なる細胞型になる能力を持つ細胞) から成長したニューロンを、血液凝固に関与する生体材料であるフィブリノーゲンとトロンビンで作られた新しいバイオインクゲル内に配置しました。その後、他のハイドロゲルを追加することでバイオインクを緩め、以前の 3D プリント組織実験で遭遇した 3 つの問題を解決しました。

研究リーダーでありウィスコンシン大学マディソン校の神経科学および神経学の教授であるスー・チュン・チャン氏によると、結果として得られる組織は、その構造を維持できるほど弾力性があり、またニューロンに十分なレベルの酸素と栄養を摂取できるほど柔軟性もあるという。

「組織はまだまとまるのに十分な構造を保っていますが、ニューロンが互いに成長し、互いに会話を始められるほど柔らかいのです」と張氏は最近の大学のプロフィールで説明している。

新しい組織細胞は水平構造のため、各層内だけでなく層をまたいで接続を形成しました。これは人間のニューロンとよく似ています。新しい構造は神経伝達物質を生成することで相互作用し、3D プリントされた組織内にサポート細胞ネットワークも作成しました。

これらの実験では、研究チームは大脳皮質と線条体の両方の培養物を印刷した。前者は思考、言語、随意運動に関連し、後者は視覚情報に結びついているという、非常に異なる機能を担っているにもかかわらず、3Dプリントされた2つの組織は「非常に特別で具体的な方法」でコミュニケーションをとることができたとチャン氏は述べた。

研究者たちは、この技術はこれら 2 種類の培養物の作成に限定されず、仮説的には「いつでもほぼすべての種類のニューロン」を作成できると考えていると、張氏は言う。つまり、この 3D 印刷法は、最終的には脳の健康な部分とアルツハイマー病の影響を受けた部分との相互作用の研究、ダウン症候群の細胞信号経路の調査、組織を使用した新薬のテストに役立つ可能性がある。

「私たちの脳はネットワークで動いています」と張氏は説明する。「私たちがこの方法で脳組織を印刷したいのは、細胞は単独では動かないからです。細胞は互いに対話します。これが私たちの脳の働き方であり、それを真に理解するにはこのように全体をまとめて研究する必要があります。」