來自蒙特利爾大學、康考迪亞大學和圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學的一組研究人員使用新開發(fā)的生物打印技術成功地3D打印了活的小鼠腦細胞?？茖W家們使用激光誘導側向轉移 (LIST) 技術來產生感覺神經(jīng)元，這是周圍神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，其中大部分腦細胞在打印兩天后仍然存活。該團隊進行了多項測試以測量打印細胞的能力，他們認為這有助于顯著推進生物打印領域。

雖然這一發(fā)展對生物打印在疾病建模、藥物測試和植入物制造方面的潛力充滿希望，但科幻風格的 3D 打印大腦器官和細胞替代品還有很長的路要走?？悼嫉蟻喆髮W博士生 Hamid Orimi 說：“一般來說，當我們談論生物打印時，人們往往會得出結論。他們認為我們現(xiàn)在可以打印用于移植的人體器官之類的東西。雖然這是一個長期目標，但我們離那個點還很遠。但仍有很多方法可以使用這項技術?！?/span>

LIST生物打印腦細胞

激光輔助生物打印可以支持廣泛的生物墨水粘度，對細胞活力和功能影響很小，同時保持高打印分辨率和可重復性?？茖W家的 LIST 生物打印技術是一種改進的細胞激光生物打印工藝，它克服了其他生物打印技術的各種限制，例如供體制備挑戰(zhàn)、墨水粘度和細胞活力。該過程使用低能量納秒激光脈沖在帶有生物墨水的玻璃微毛細管的遠端產生瞬態(tài)微氣泡。隨著微泡的膨脹，一個充滿細胞的微噴射液滴被噴射到下面的基板上。根據(jù) Orimi 之前的一項研究，LIST 可以適用于需要多尺度生物打印的應用，例如 3D 藥物篩選模型甚至人造組織。

在目前的研究中，研究團隊試圖驗證使用 LIST 生物打印成人感覺神經(jīng)元的可行性?？茖W家們使用來自小鼠周圍神經(jīng)系統(tǒng)的背根神經(jīng)節(jié) (DRG) 神經(jīng)元來制備生物墨水。然后將神經(jīng)元懸浮在 bioink 溶液中，并加載到生物相容性基材上方的方毛細管中。在通過團隊的 LIST 過程進行 3D 生物打印后，樣品在清洗和重新孵育 48 小時之前進行了短暫的孵育。

神經(jīng)元的激光誘導側向轉移 (LIST)。圖片來自微型機器。

評估 3D 打印的神經(jīng)元

該團隊進行了多項測試以測量 3D 生物打印細胞的容量。一項活力評估發(fā)現(xiàn)，打印兩天后，86% 的細胞仍然活著，當激光使用較低的能量時，存活率會提高。正如所料，發(fā)現(xiàn)使用更高能量的激光更有可能損壞細胞。進一步的測試測量了神經(jīng)突的生長，這指的是當發(fā)育中的神經(jīng)元響應指導線索、神經(jīng)肽釋放、鈣成像和 RNA 測序而生長時產生新的投射。研究人員觀察到，生物打印不會影響 DRG 神經(jīng)元的存活，但確實減少了神經(jīng)突的生長。研究小組還發(fā)現(xiàn)，3D 打印的神經(jīng)元通過肽釋放保持與環(huán)境細胞交流的能力。

最終，結果總體上令人鼓舞，研究表明，LIST 打印的成人感覺神經(jīng)元保持高活力和功能完整性。科學家們認為，這項技術可以對生物打印領域做出重要貢獻，特別是在藥物發(fā)現(xiàn)和減少動物試驗方面。未來，LIST 生物打印可能有助于為更少的動物安樂死以進行有益于人類的實驗鋪平道路，并且還可以產生更準確的結果，因為測試將在人體組織而不是動物組織上進行.

展望未來，該團隊正在尋求批準繼續(xù)他們對細胞移植的研究，他們認為這可以極大地幫助藥物發(fā)現(xiàn)，例如神經(jīng)恢復藥物。

生物打印不會影響 DRG 神經(jīng)元的存活，但會減少神經(jīng)突的生長。圖片來自微型機器。

3D打印腦細胞的進步

Orimi 和他的團隊并不是唯一探索 3D 生物打印生產神經(jīng)細胞和結構潛力的人。

去年，清華大學的一組研究人員 3D 打印了能夠培養(yǎng)神經(jīng)細胞的類腦組織結構。經(jīng)過幾周的體外培養(yǎng)，最初的神經(jīng)細胞已經(jīng)形成了一個復雜的神經(jīng)回路，可以對外部刺激做出反應。

在其他地方，醫(yī)療技術公司 Fluicell 與臨床研發(fā)公司 Cellectricon 和 Karolinska Institutet 合作，使用其 Biopixlar 平臺將神經(jīng)細胞 3D 生物打印成復雜的圖案。合作伙伴能夠在 3D 結構中精確排列大鼠腦細胞，而不會破壞它們的生存能力，這些結構顯示出模擬神經(jīng)疾病和藥物開發(fā)進展的潛力。

最近，中國科學院和中國科技大學的研究人員開發(fā)了一種使用定制生物墨水治療脊髓損傷的新型生物打印方法。生物墨水包含神經(jīng)干細胞加載的組織，能夠通過來自大腦的脈沖傳遞指令，一旦植入老鼠體內，就能夠恢復癱瘓四肢的運動。

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