Giới thiệu: Một tiền tuyến mới trong việc sửa chữa thần kinh

Não người & 8217; khả năng tự phục hồi đã là một thách thức từ lâu trong thần kinh học. Cú đập mạnh, chấn thương não đau thương não, và các bệnh thoái hóa thần kinh như Alzheimer& 88217; bệnh Parkinson’ thường dẫn đến suy giảm nghiêm trọng vì các tế bào thần kinh bị tổn thương không tái tạo hiệu quả. Các liệu pháp truyền thống quản lý các triệu chứng khó có thể phục hồi mô bị mất hoặc chức năng. Nhập 3D in các cơ quan não dạng cơ quan và 882; cấu não nhỏ, có khả năng tái tạo, có khả năng tái tạo chức năng tạo các tế bào thần kinh.

Các cơ quan não có cấu trúc sinh học 3D là gì?

Bộ phận cơ quan là những cụm tế bào 3 chiều, tự liên kết với nhau, đến từ tế bào gốc đa năng (hoặc phôi thai hoặc tạo ra). Chúng tóm tắt lại những đặc điểm quan trọng của sự phát triển não sớm, bao gồm các lớp vỏ não, các khớp tế bào gốc, và thậm chí là hoạt động não sơ khai. tuy nhiên, các cơ quan truyền thống phát triển trong việc giảm bớt hoặc thả các giọt bị ảnh hưởng bởi tính dễ biến đổi, tính dễ bị ảnh hưởng, thiếu tính hiệu quả phục hồi và thiếu mạch máu.

Việc in ra 3D vượt qua những giới hạn này bằng cách đặt chính xác các tế bào sinh học, các thành phần ma trận ngoại bào, và yếu tố tăng trưởng trong các mẫu vi mô theo từng lớp. Các máy in có thể định vị các loại tế bào khác nhau — chẳng hạn như nơ-ron, atrictdriclic, và ouigodrict; với độ chính xác của vi đo, tạo ra các cấu trúc giống mô não bản địa hơn. Kết quả là [FL: 0] prorecredd, scalable, và bệnh nhân [T: mô hình phân vùng] bảo tồn danh tính và thảm dài.

Thành phần chính của cơ quan sinh học 3D bao gồm:

  • Nguồn điện: đã tạo ra các tế bào gốc đa năng (iPSCs) từ bệnh nhân hoặc người hiến khỏe mạnh
  • Bioinks: hydrogels như cogen, alginate, hoặc decelluticated ma trận não ngoại bào
  • Chiến lược in ấn: sự hết sức kích thích, mựcjet, hoặc máy in bằng laser
  • Môi trường phát triển: bộ phận sinh học cung cấp chất dinh dưỡng, oxy và các dấu hiệu cơ học

Những cơ quan này không chỉ là các tế bào tổng hợp; chúng cho thấy hoạt động đồng bộ về sinh lý điện, kết nối cộng hưởng, và sự quang hợp của tôi, tạo ra những công cụ mạnh mẽ cho cả nghiên cứu cơ bản lẫn các ứng dụng trị liệu.

Khả năng hồi phục thần kinh

Mục tiêu cuối cùng của việc tái tạo thần kinh là thay thế các tế bào thần kinh bị mất hay bị tổn thương, phục hồi các mạch chức năng, và tích hợp với vật chủ mà không gây ra các tác động của não. Các cơ quan sinh học 3D được in ra đặc biệt phù hợp với thử thách này bởi vì chúng cung cấp một [FLT: 0] trước khi tạo ra cấu trúc thần kinh 3 chiều mà có thể được cấy ghép vào các vùng tổn thương.

Các nghiên cứu về mô hình nhận diện ban đầu cho thấy các cơ quan cấy ghép có thể sống sót, mạch máu, mở rộng axons vào vật chủ, và nhận các dữ liệu nhập vào. Chẳng hạn, các nhà nghiên cứu tại Viện nghiên cứu Salk đã chứng minh rằng các cơ quan sinh vật có thể kết hợp với vỏ não của chuột trưởng thành và đáp ứng với các chất kích thích thị giác. Trong khi những cấu trúc này không được in ra, chúng xác thực khả năng sửa chữa hệ thống thần kinh dựa trên cơ quan.

Việc in sinh học 3D thêm vào những lợi thế quan trọng: khả năng điều chỉnh cơ quan dạng ống và#8217; kích thước, hình dạng và cấu tạo tế bào để khớp với một khoang gây thương tích cụ thể; sự kết hợp của tế bào thần kinh đệm và mạng mạch máu; và khả năng điều khiển các dòng điện chuyển động để dẫn dắt axon trong sự phát triển. Để điều kiện như đột quỵ, nơi có các hình dạng khoang, một cơ quan trước in có thể được đặt trực tiếp vào khoảng trống, cung cấp một cầu và một cầu tế bào để tái tạo.

Mục tiêu cụ thể của bệnh tật

Chèo

Các liệu pháp điều trị hiện nay tập trung vào phục hồi lưu lượng và phục hồi chức năng sinh học 3D có thể được sử dụng để sửa chữa các cơ quan nội tạng không hoạt động và xương ức chế. các cấu trúc sinh học có chứa các tế bào thần kinh phản ứng vỏ não, thực tập sinh và hỗ trợ glia đã được cho thấy để giảm các vết sẹo ở vùng trung tâm và cải thiện khả năng phục hồi vận động trong các mô hình đột quỵ.

Thương tổn não (TBIP)

TBI thường gây tổn thương do sự khác biệt sinh học, bao gồm chấn thương, nhiễm trùng axenal và xuất huyết. Các cơ quan sinh học có thể tạo ra tính linh hoạt: một mô hình cấy ghép hình hình riêng có thể được thiết kế từ CT hay MRI. Các nhà nghiên cứu tại [FLT: 0] tính không thể tách rời của Maryland đã tiên phong việc xây dựng thần kinh sinh học đặc trưng cho việc sửa chữa lao, biểu hiện và kết hợp mạch máu trong mô hình lợn.

Các bệnh do hệ thần kinh gây ra

Alzheimer’ và Parkinson’ các tế bào thần kinh có sự mất dần dần của một số bộ phận thần kinh đặc trưng. Các cơ quan sinh học có thể được sử dụng để nghiên cứu cơ chế bệnh và cuối cùng, để thay thế tế bào suy thoái. Đối với Parkinson’ các bộ phận giữa não chứa các tế bào thần kinh dopamine đã được in và được chỉ ra để cải thiện chức năng vận động trong chuột Parkinsonian. Những cách tiếp cận này cuối cùng có thể cho phép thay thế tế bào có tính bền vững và chức năng hơn các tế bào mô xương đùi hiện nay.

Lợi thế của việc sử dụng các phương pháp truyền thống để nghiên cứu não bộ sinh học 3D

  • Y học đã bị phá hủy: Bệnh nhân được chẩn đoán PSC cho phép cấy ghép tự động, loại bỏ ức chế miễn dịch và giảm nguy cơ từ chối.
  • Khả năng tái tạo:) sinh học sinh sinh sinh sinh học tạo ra cơ quan hình học và phân phối tế bào nhất định, loại bỏ sự biến đổi hàng loạt đến việc tự lắp ráp cơ quan.
  • Tính đa dạng đa dạng các loại tế bào và các thành phần ma trận ngoại bào có thể được lưu trữ theo mẫu xác định để sao chép lớp vỏ não, tờ chuyên đề vật chất trắng, hoặc mạng mạch máu.
  • Kiểm tra và kiểm tra độc tính:) Các cơ quan sinh học sinh học tạo ra một nền tảng có liên quan đến sinh lý học để kiểm tra các hợp chất hoạt động thần kinh cao trước khi thử nghiệm động vật hoặc con người.
  • Các nhà nghiên cứu có thể nghiên cứu cách mà những điều kiện như tự kỷ hoặc não bộ vi sinh ra ở mức độ tế bào.

Những thử thách và giới hạn hiện tại

Bất kể sự phấn khích, những chướng ngại vật đáng kể vẫn còn trước khi những cơ quan sinh học được in 3D được sử dụng lâm sàng.

Hợp nhất hàm

Bộ phận sinh dục phải tạo ra các liên kết hai chiều với mạch chủ. Việc đặt mục tiêu hợp nhất đúng và tránh hoạt động không rõ ràng (v. d. co giật động kinh) là một rào cản kỹ thuật chính. Các nghiên cứu động vật hiện thời cho thấy các axons cơ quan có thể di chuyển xa, nhưng sự kết hợp chức năng vẫn còn là một phần.

Sự biến đổi

Không có nguồn cung cấp máu có sẵn, các cơ quan phát triển lõi tử cung sau khi đạt tới độ dày vàimm.

Lát

Để hoàn toàn trưởng thành, cần phải có văn hóa đủ lâu để phát triển các tính chất chức năng, nhưng vẫn có thể hoạt động và vô trùng, trong khi duy trì chất lượng là một thách thức nhật ký.

Vấn đề về thẩm quyền và thẩm quyền

Bộ phận sinh dục sinh ra những câu hỏi đạo đức độc đáo. chúng có thể đạt được ý thức không? và dữ liệu an toàn về kết quả lâu dài của con người không được thiết lập.

Những thách thức thêm bao gồm việc chuẩn hóa cấu tạo sinh học, in tốc độ và sau khi in. Trường này hoạt động với các giao thức thăm dò qua các sáng kiến như [FLT: 0] [Chương trình sinh học 3D .

Công nghệ hướng dẫn và định hướng tương lai

Trong thập kỷ tới, rất có thể sẽ thấy sự tiến bộ nhanh chóng do nhiều công nghệ hội tụ.

In nhiều mạch

Máy in thế hệ kế tiếp sẽ gửi nhiều sinh vật, cho phép tạo ra các cơ quan có chất xám riêng biệt, chất trắng và vùng ngoại khóa. Sự tích hợp của chất dẫn điện hay ống nano có thể cho phép các giao diện điện tử để giám sát và kích thích.

Hình chữ- trên- a- xu

Kết hợp các cơ quan nội tạng in ra với chip vi lỏng sẽ cho phép kiểm soát chính xác mức độ chuyển đổi hóa chất, tiếp xúc với kích thích điện. Những hệ thống này có thể tăng tốc độ phản ứng và cho phép kiểm tra thuốc giảm đau.

Sửa đổi gen CRISPR

Sửa chữa PSCs bệnh nhân trước khi in có thể sửa chữa các đột biến gây bệnh, tạo ra các cơ quan kháng lại sự thoái hóa thần kinh. phương pháp này đã được khám phá cho bệnh Huntington’.

Các đường lối dịch thuật lâm sàng

Thử nghiệm đầu tiên của cơ quan sinh học in trong não có khả năng nhắm vào các vùng não nhỏ, không phải là địa điểm (v.g., sau khi hình thành khoang từ đột quỵ hoặc lao). Các thử nghiệm đầu tiên sẽ tập trung vào sự an toàn, sống sót, và thiếu khả năng gây ra khối u. điểm kết thúc hàm có thể được đánh giá bằng hình ảnh và kiểm tra nhận thức.

Hợp tác giữa các phòng thí nghiệm học thuật, cơ thể quy định và ngành công nghiệp là cần thiết.

Kết luận: Một con đường tiên đoán

Cơ quan sinh học sinh học được in ra biểu diễn sự hội tụ của sinh học tế bào gốc, vật liệu và kỹ thuật chính xác. họ cung cấp một con đường thực tế để tái tạo mô thần kinh bị hư hỏng, với những ứng dụng trong quá trình khám phá thuốc, mô hình bệnh tật, và điều khiển việc sửa chữa các vấn đề về mặt kỹ thuật và đạo đức vẫn còn đó, tốc độ của sự đổi mới đang tăng tốc. đầu tư trong cơ sở hạ tầng sinh học, cùng với các quy định sâu sắc, sẽ quyết định nhanh như thế nào những cơ quan này di chuyển từ phòng thí nghiệm đến phòng thí nghiệm. đối với hàng triệu người bị ảnh hưởng bởi rối loạn thần kinh, điều này mang lại những lời hứa của những bệnh tật không chỉ là sự tái tạo lại não mà thực sự tái tạo lại bộ.