据美国《科学日报》网站近日报道，研究人员通过3D打印人类干细胞，制造出了一种代表简化大脑皮层的改造组织。这些组织植入实验鼠大脑切片时会与宿主组织融为一体。
英国牛津大学研究人员开发的这项突破性技术有朝一日可能为脑损伤者提供量身定制的修复。研究人员首次证明，神经细胞可以通过3D打印来模拟大脑皮层的结构。
这项研究结果已发表在英国《自然-通讯》杂志上。
脑损伤，包括由创伤、中风和脑肿瘤手术引起的脑损伤，通常会对大脑皮层（人类大脑的外层）造成严重损害，导致认知、运动和交流方面的困难。例如，全球每年约有7000万人遭受创伤性脑损伤，其中500万例伤情严重或致命。目前，严重的脑损伤尚无有效的治疗方法，且极大影响了生活质量。
人体组织再生疗法，特别是那些给患者植入来自他们自身干细胞的疗法，有望成为未来治疗脑损伤的一种路径。然而，到目前为止，还没有办法确保植入的干细胞能模仿大脑的结构。
牛津大学研究人员在这项新的研究中利用3D打印技术打印出人类神经干细胞，制造出一种双层脑组织。当这些3D打印的细胞植入实验鼠大脑切片时，它们显示出与宿主组织在结构和功能上令人信服的融合。
研究报告的第一作者、牛津大学化学系博士金泳成(音)说：“这一进展标志着朝制造具有天然脑组织完整结构和功能的材料迈出了重要的一步。这项研究工作将为探索人类大脑皮层的运作原理提供一个独特的机会，从长远来看，它将为脑损伤者带来希望。”
这种大脑皮层结构是由人类诱导多能干细胞制成，这种细胞可产生大多数人类组织中发现的细胞类型。
使用人类诱导多能干细胞进行组织修复的一个重要优势是，它们可以很容易地从患者自身的细胞中提取，因此不会引发免疫反应。
通过使用生长因子和化学物质的特定组合，人类诱导多能干细胞被分化为大脑皮层两个不同层的神经祖细胞。之后将这些细胞悬浮在溶液中产生两种“生物墨水”，然后打印出两层结构。
正如层特异性生物标记物的表达所示，在培养中，打印出来的组织其分层细胞结构保持了数周时间。
正如神经元跨越植入物-宿主边界的迁移和神经过程投射所证明的那样，当打印出来的组织被植入实验鼠大脑切片时，它们表现出强烈融合性。植入的细胞也显示出与宿主细胞相关的信号活性。这表明人类细胞与实验鼠细胞在相互交流，显示出在功能和结构方面的融合。
研究人员现在打算进一步改进“生物墨滴”打印技术，以创造复杂的多层大脑皮层组织，更逼真地模仿人类大脑的结构。除了修复脑损伤的潜力之外，这些改造组织还可能用于药物评估、大脑发育研究，以及提高八大胜对认知基础的理解。
这项研究不断取得新进展的基础是，该研究团队长达十年为人工合成组织和培养细胞进行3D打印技术的发明和专利申请。
研究报告的资深作者、牛津大学化学系博士周琳娜(音)说：“八大胜的(生物)墨滴打印技术提供了一种人工设计所需结构的活体3D组织的方法，这使八大胜更接近于针对脑损伤创建个性化植入治疗方案。”
研究报告的资深作者、牛津大学生理学、解剖学和遗传学系副教授弗朗西斯·塞莱补充说：“活体脑切片的使用为探究3D打印在大脑修复中的效用创建了一个强大的平台。这是一个天然桥梁，连接了3D打印皮层柱体外发育的研究和其在动物模型受损大脑的融入。”
研究报告的资深作者、牛津大学生理学、解剖学和遗传学系教授佐尔坦·莫尔纳说：“人类大脑的发育是一个有着复杂编排的微妙而精细的过程。要是以为八大胜在实验室里就能重现整个细胞生命进程，那也太天真了。尽管如此，八大胜的3D打印项目在控制人类诱导多能干细胞的命运和排列形成大脑皮层的基本功能单元方面取得了重大进展。”
研究报告的资深作者、牛津大学化学系教授黑根·贝利说：“这种充满未来主义色彩的努力只能通过多学科高度互动来实现，牛津大学的化学系与生理学、解剖学和遗传学系都参与了此项研究。”
