3D печать головного мозга. Напечатанные ткани растут и развиваются

Если наращивание ногтей, ресниц и волос стало нормой современного мира, то истории про выращивание органов, и мозга в частности, все еще пугают и будоражат умы. Человечество никогда не было готово к инновациям. Но если и удавалось украсть огонь у Богов, то через считанные годы он полыхал по всей Земле. Что ж, кто будет крайним в очереди за наращиванием мозга?

Технологии развиваются по экспоненте, что наглядно демонстрировала экстраполяция Мура и закон Метклафа. Но если раньше это было заметно в сфере полупроводников и вычислительных технологий, то сегодня схожие темпы двигают биотех и сферы, сопряженные с сознанием человека. Подробнее о новостях, технологиях и природе сознания – читайте в материалах Neuralhacking.

Актуальный этап 3D печати головного мозга

Исследователи использовали новую технологию 3D-печати ткани мозга. Клетки готового продукта развились в функциональные нейроны и построили нейронные связи в течение нескольких недель. Такой подход можно использовать для изучения здорового и нездорового состояния мозга, тестирования лекарств или просто наблюдения за развитием мозга.

Важность 3D печати мозга

Создание органа, максимально приближенного к реальному, значимо для изучения патологий заболеваний и тестирования новых лекарств. Главной сложностью, до недавнего времени, была стерильность искусственных нейронов. Выращенные в лаборатории, они должны формировать функциональные связи, а полученная ткань мозга должна поддерживать сложную, но хрупкую архитектуру.

Для решения этой проблемы, исследователи из Университета Висконсин-Мэдисон (UW-Madison) успешно напечатали на 3D-принтере ткань мозга, которая растет и функционирует как обычный и нормальный мозг. Более того, подобные ткани можно использовать для выращивания бионических мозгов, на которых уже работают кремниевые кластеры нейросетей. Развитие трансгуманизма набирает обороты.

В результате мы получим невероятно важную и мощную модель, которая поможет понять, как клетки и части мозга коммуницируют друг с другом у людей. Это может изменить взгляд на биологию стволовых клеток, нейробиологию и патогенез многих неврологических и психиатрических расстройств.

Су-Чун Чжан, автор исследования.

Природа искусственного мозга

Цель исследователей была в том, чтобы создать многослойную нервную ткань, в которой клетки-предшественники нейронов (NPC) созревают и образуют связи, они же синапсы, внутри слоев клеток и между слоями, сохраняя при этом общую конструкцию. Ученые выбрали гидрогель фибрина, состоящий в основном из фибриногена и тромбина. Этот гель исполнил роль «биочернил». Его главное преимущество – биосовместимость с нервными клетками. При этом фибриноген, и тромбин играют роль в свертывании крови.

Высокая вязкость фибринового геля затрудняла печать, поэтому исследователи смешали его с гидрогелем гиалуроновой кислоты, отметив, что большое количество NPC, помещенных в смесь, выжило и созрело. Добавление этого элемента сделало биочернила мягче, чем те, которые использовались ранее.

Вместо использования традиционного подхода 3D-печати с вертикально расположенными слоями и используемых для этого плотных биочернил, исследователи создали узорчатую ткань. Слои печатались друг над другом, с использованием тромбина, как агента для их сшивания. Осталось только накатить на готовую структуру адекватную прошивку.

3D печать головного мозга. Связывание готовых тканей

Хотя напечатанные клетки оставались в пределах отведенных им слоев, нейроны образовывали функциональные синаптические связи внутри слоев и между ними в течение двух-пяти недель после печати.

Слово авторов исследования

Ткань достаточно прочная, чтобы удерживать элементы вместе, но она достаточно мягкая, чтобы позволить нейронам врастать друг в друга и начать коммуницировать. Наши ткани остаются относительно тонкими, и это позволяет нейронам легко получать достаточно кислорода и питательных веществ из питательной среды.

Су-Чун Чжан, автор исследования.

Мы напечатали кору головного мозга и полосатое тело, и то, что мы обнаружили, было поразительным. Даже когда мы напечатали разные клетки, принадлежащие разным частям мозга, они все равно могли коммуницировать друг с другом совершенно особенным и специфическим образом.

Ведущий автор исследования Юаньвэй Ян в лаборатории Чжан в Университете Вашингтона в Мэдисоне.Сюэян Ли/UW-Мэдисон.

Исследователи говорят, что их подход обеспечивает точность в развитии типов клеток и их расположении. Такого инженерного проектирования лишены органоиды и другие методы печати. А техника печати не требует специального оборудования или методов культивирования для поддержания здоровья ткани. Что открывает широкий доступ для многих лабораторий. С таким подходом анархо-трансгуманизм не за горами.

Погружаясь в детали, на которых держится 3D печать головного мозга 

Наша лаборатория уникальна тем, что мы можем производить практически любой тип нейронов в любое время. И мы сможем собрать их вместе практически в любое время и любым способом, который нам нравится. Поскольку мы можем напечатать ткань по конкретному дизайну, то это позволит оценить, как работает сеть человеческого мозга. Мы можем очень детально изучить, как нейроны общаются друг с другом в определенных условиях, потому что сами можем напечатать то, что хотим.

Су-Чун Чжан, автор исследования.

Планируется усовершенствовать биочернила и оборудование, чтобы обеспечить специфическую ориентацию клеток внутри напечатанной ткани.

На данный момент наше оборудование – это настольный коммерческий принтер. Да, его можно улучшить, используя некоторые специализированные технологии, которые помогут печатать определенные типы мозговой ткани по требованию.

Ведущий автор исследования Юаньвэй Ян в лаборатории Чжан в Университете Вашингтона в Мэдисоне.Сюэян Ли/UW-Мэдисон.

Потенциал технологии, за которой стоит 3D печать головного мозга

Исследователи говорят, что напечатанная ими ткань мозга может быть использована для изучения межклеточной передачи сигналов при синдроме Дауна, взаимодействия между здоровыми тканями и тканями, пораженными болезнью Альцгеймера, тестирования новых потенциальных лекарств или просто наблюдения за развитием мозга.

Раньше ученые могли рассматривать какой-то один, узкий сегмент. А это значит, что мы часто упускали из виду важные компоненты. Наш мозг работает по принципу сети. Важно печатать ткань таким образом, потому что клетки не действуют сами по себе. Они разговаривают друг с другом. Так работает наш мозг, и его нужно изучать комплексно, чтобы по-настоящему понять.

Су-Чун Чжан, автор исследования.

Больше материалов про мозг, психику и сознание вы найдете в материалах телеграм канала. Подписывайтесь, чтобы первыми получать свежие статьи!