소개: Neural Repair의 새로운 Frontier

인간 뇌 & 8217;s는 자기 개입에 대한 제한된 용량은 신경학의 중앙 과제였습니다. 뇌, 외상 뇌 부상 및 Alzheimer & 8217;s 및 Parkinson & 8217;s와 같은 신경 퇴행성 질환은 종종 신경을 손상시키지 않기 때문에 영구적 인 편향으로 이어집니다. 전통적인 치료는 증상을 완화하고 조직 또는 기능을 회복합니다. 3D 생체 검사 뇌 기관 및 #8212; 뇌 조직의 세포막을 결합하여 생물의 세포막을 재구성 할 수 있습니다. 이제 인간의 개입을 통해 생물의 변화가 더욱 발전할 수 있습니다.

3D Bioprinted 두뇌 Organoids는 무엇입니까?

뇌 organoids는 pluripotent 줄기 세포 (에이더 배아 또는 유도되는)에서 파생된 세포의 3차원, 각자 모이는 송이입니다. 그들은 코티컬 층으로 섞고, 신경 줄기 세포 틈새를 포함하여 초기 뇌 발달의 중요한 특징을, 그리고 심지어 군중 신경 네트워크 활동 요약합니다. 그러나, 중단 또는 matrigel 방울에서 성장된 전통적인 organoids는 variability, 빈혈, 혈관 수축의 부족에서 고통합니다.

3D 바이오 프린팅은 생명 세포, 세포막 구성 요소 및 층층 패턴의 성장 요소가 함유 된 바이오 ink를 정확하게 증착하여 이러한 제한을 극복합니다. Bioprinters는 다른 세포 유형 & #8212를 배치 할 수 있습니다. 뉴런, 아스피카, 올리다데르톡신 & #8212; 마이크로미터 정확도와 함께, 더 밀접한 네이티브 뇌 조직을 닮은 생성물. 결과는 ]reproducible, LTscalable, LTscalable, matre-specificization model]] 및 장기 정체성 및 장기적 인내성을 지원합니다.

3D 생물 프린팅 뇌 organoids의 주요 성분은 다음을 포함합니다:

  • 셀 소스: 환자 또는 건강한 기부자로부터 pluripotent 줄기 세포 (iPSCs)를 유도
  • Bioinks: 콜라겐, 아lginate, 또는 탈세포 뇌 세포질 매트릭스와 같은 하이드로젤
  • 인쇄 전략: 압출, 잉크젯, 또는 레이저 보조 바이오 프린팅
  • 자연 환경: 영양소, 산소 및 기계 큐를 공급하는 생물 자원

이 고급 organoids는 세포 집계가 아닙니다; 그들은 동기화한 전기 생리 활성, synaptic 연결 및 myelination를 전시하고, 기본적인 연구와 치료 신청을 위한 강력한 공구를 만들기.

신경 재생을위한 잠재적 인

신경 재생의 궁극적 인 목표는 손실 또는 손상된 신경을 대체하는 것입니다, 기능 회로를 복원, 과도한 영향을 일으키는 원인이 없이 호스트 두뇌와 통합. 3D 바이오 프린트 두뇌 organoids는 그들이 제공하는 때문에이 도전에 독특하게 적응 전형, 3 차원 신경 아키텍처 수술적으로 lesion 사이트에 주입 될 수 있습니다.

동물 모델의 조기 증거 인식 연구는 임플란트 조직이 호스트 조직으로 혈관을 확장하고, 뇌 입력을받을 수 있음을 보여주었습니다. 예를 들어, Salk Institute는 성인 마우스의 코텍스에 통합 된 인간 뇌 조직이 설명하고 시각적 자극에 반응했다. 이러한 생물 인쇄 된 건설되지 않은 동안, 그들은 폐기 기관의 수반을 검증했다.

3D 바이오 프린팅은 중요한 장점을 추가합니다. organoid & #8217;s 크기, 모양 및 세포 구성을 특정 부상 구멍과 일치시키기 위해; 지지적인 glial 세포 및 관 네트워크의 통합; 그리고 호스트 axon ingrowth를 가이드하는 역동적인 요인의 통제되는 윤활제의 포함. 정의된 구멍 모양과 같은 조건을 위해, 전 인쇄한 organoid는 비틀거를 위해 비계 및 재생을 위한 비계를 제공해서, 직접 배치될 수 있었습니다.

특정 질병 대상

뚱 베어

Ischemic 치기는 분 안에 뉴런의 수백만을 죽이. 현재 처리는 회복 혈액 교류와 재활에 초점. 3D 생물 인쇄한 organoids는 1 일 infarct 핵심과 penumbra를 고치기 위하여 사용될 수 있었습니다. 수동적인 투상 신경, interneurons를 포함하는 생물 인쇄한 건축 및 지원 glia는 빛나는 스카프를 감소시키고 유력한 치기 모형에 있는 모터 회복을 개량하기 위하여 보였습니다.

트라우메틱 뇌 부상 (TBI)

TBI는 종종 오염, 확산 옥산 염, 출혈을 포함하여 이질 손상에서 결과. Bioprinted organoids 제안 유연성 : 사용자 정의 모양의 임플란트는 CT 또는 MRI 검사에서 설계 할 수 있습니다. [[FLT : 0]] Universityy of Maryland[[FLT :1]]의 연구자들은 TBI 수리를위한 환자 별 생체 검사를 개척했으며, 돼지 모델의 생존 및 혈관 통합을 민주화했습니다.

신경절제 질환

Alzheimer’s and Parkinson’s는 특정 신경 인구의 진보적인 손실을 포함. Bioprinted organoids는 질병 메커니즘을 연구하고 궁극적으로, degenerated 세포를 대체하기 위해 사용될 수있다. Parkinson’s, dopaminergic neurons를 포함하는 중간체 기관질은 생물을 생성하고 파킨슨소니아에 모터 기능을 개선하기 위해 보였다. 이러한 접근은 결국 세포 교체 치료가 더 튼튼한 조직보다 더 강력한 조직이다.

3D Bioprinted Brain Organoids의 이점은 전통적인 접근법에

  • Personalized Medicine: 환자 파생된 iPSCs는 autologous 임플란트를 활성화하고, 면역 억제를 제거하고, 거부 위험을 감소시킵니다.
  • Reproducibility: Bioprinting은 자체 조립한 organoid 기하학 및 세포 배급을, eliminating 배치에 배치에 배치 가변성을 생성합니다.
  • Complexity: Multiple cell type과 extracellular matrix Components는 cortical layer, white issues tract 또는 vascular network를 복제하기 위해 정의된 패턴으로 증착될 수 있습니다.
  • Drug 테스트 및 독성 검사: Bioprinted organoids는 동물 또는 인간적인 예심의 앞에 신경활성 화합물의 고환 검열을 위한 생리적 관련 플랫폼을 제공합니다.
  • 모델링 뇌 개발 및 질병: 유전자 변성 또는 환경 노출을 통합함으로써, 연구원들은 세포 수준에서 비례 또는 미생물 발생과 같은 조건을 연구할 수 있습니다.

도전과 현재 제한

흥분에도 불구하고, 상당한 장애물은 3D 생물 프린팅 뇌 organoids 도달 임상 사용의 앞에 남아있다.

기능 통합

임플란트 조직은 호스트 회로와 양방향 연결을 형성해야합니다. 정확한 시냅틱 타겟팅 및 피싱 애버런트 (예 : epileptic seizures)는 주요 기술 장벽입니다. 현재 동물 연구는 장기적인 축축을 여행 할 수 있지만 기능 통합은 부분적으로 남아 있습니다.

관개

뇌 조직은 높은 산소와 영양분 공급을 요구합니다. 내장 혈액 공급 없이, organoids는 간격에 있는 몇몇 밀리미터를 도달한 후에 중성 핵심을 개발합니다. endothelial 세포를 가진 전 관 네트워크 또는 co-culture를 통합하는 생물 인쇄 전략은 발달의 밑에 있습니다, 그러나 아무도는 아직 organoid 내의 완전히 perfusable 미생물을 일으키지 않았습니다.

Maturation 시간

인간 신경은 완전히 성숙하기 위하여 달을 가지고 갑니다. 임상 번역을 위해, organoids는 기능적인 재산을 개발하기 위하여 충분히 문화적으로 긴 필요, 그러나 viable 남아 있고 sterile 남아 있습니다. 질을 유지하고 있는 동안 생산 확장은 근실한 도전입니다.

윤리 및 규제 문제

뇌 조직은 독특한 윤리적 질문을 제기합니다. 의식을 달성 할 수 있습니까? 특별한 통찰력을 주제로해야합니까? 현재 조직은 인식 능력이 부족하지만 더 복잡한 모델의 가능성은 지속적인 윤리적 인 논쟁을 요구합니다. 기관용 임플란트 기반 임플란트를위한 규제 프레임 워크는 아직 설치되지 않으며, 인간의 장기적인 결과에 대한 안전 데이터가 부패됩니다.

추가 과제는 바이오 싱 구성, 인쇄 속도 및 포스트 인쇄 성숙 프로토콜의 표준화를 포함합니다. 이 필드는 NIH 3D 티슈 바이오 프린팅 프로그램]와 같은 이니셔티브를 통해 이러한 문제를 적극적으로 해결하고 있습니다.

미래 지향과 Emerging Technologies

향후 10년간의 급속한 발전이 여러 융합 기술에 의해 구동될 것으로 예상됩니다.

Multi-Material Bioprinting의 장점

차세대 프린터는 여러 바이오 inks를 동시에 증착할 것이며, 다른 회색 물질, 흰색 물질 및 ventricular 영역으로 organoids의 생성을 허용한다. 전도성 중합체 또는 탄소 나노 튜브의 통합은 모니터링 및 자극을위한 전자 인터페이스를 가능하게 할 수 있습니다.

Organoid-on-a-Chip의 특징

microfluidic 칩을 가진 생물 인쇄한 organoids를 결합하는 것은 화학 gradients, perfusion 및 전기 자극에 정확한 통제를 허용할 것입니다. 이 체계는 성숙을 가속하고 높 처리 약 검열을 가능하게 할 수 있습니다.

CRISPR 유전자 편집

인쇄하기 전에 환자 파생 된 iPSCs를 편집하면 질병을 교정하는 mutations를 수정하여 신경 재생에 대한 장기적 인 결과를 생성합니다. 이 접근법은 이미 Huntington’s 질병을 탐구하고 있습니다.

임상 번역 Pathways

생물 프린팅된 뇌 조직의 첫 번째 인 인간 시험은 작은, 비 eloquent 뇌 지구 (예를들면, 뇌 또는 TBI에서 형성된 구멍 형성 후에)를 표적할 가능성이 있습니다. 이른 예심은 안전, 생존 및 종양 성의 부족에 집중할 것입니다. 기능적인 내점은 화상과인지 테스트로 평가될 수 있습니다.

학술 연구소, 규제 기관 및 산업 간의 협업은 필수적입니다. ] 바이오 프린팅 네이처 구조에 대한 신경 과학 검토의 전방 ] 표준화 된 프로토콜 및 교차 교역 전문 지식을 위한 필요성을 강조합니다.

결론: 신속한 경로 앞으로

3D 바이오 프린팅 뇌 조직은 줄기 세포 생물학, 재료 과학 및 정밀 공학의 융합을 나타냅니다. 그들은 약물 발견, 질병 모델링 및 직접 치료 수리를 통해 손상된 신경 조직을 재생하는 현실적인 통로를 제공합니다. 형태 기술 및 윤리적 과제가 남아있는 동안 혁신의 속도가 가속화됩니다. 생분해적 규제와 함께, 비뇨기적 규제와 함께, 이 조직이 실제로 질병의 변화에 영향을 미치는 영향을 예측할 것입니다. 이 조직은 실제로 수백만의 신경 질환을 연구하는 데 도움이되지 않습니다. 이 조직은 실제로 이 질병의 변화에 영향을 미치는 영향을 줄 수 있습니다.