Forscher der Universität Oxford haben menschliche Stammzellen verwendet, um Gewebe mittels 3D-Druck herzustellen, das der Großhirnrinde ähnelt und das Potenzial zur Behandlung von Hirnverletzungen zeigt.
Wie die Wissenschaftler im Magazin Nature Communications in einem Artikel mit dem Titel „Integration of 3D-printed cerebral cortical tissue into an ex vivo lesioned brain slice“ berichten, implantierten sie die 3D-gedruckten Strukturen in Maushirnschnitte. Laut den Forschern zeigten das Wirtsgewebe und das implantierte Hirngewebe eine „starke Integration“. Dazu gehörte die Migration von Neuronen und eine Signaltätigkeit, die mit der der Wirtszellen übereinstimmte. Diese erste Studie dieser Art könnte den Weg für personalisierte Behandlungen von Schlaganfällen, Hirntraumata und die Erholung nach Gehirntumor-Operationen ebnen.
Personalisierte Therapie dank 3D-Druck
Der leitende Autor Dr. Yongcheng Jin, vom Department of Chemistry in Oxford, sagt dazu:
„Dieser Fortschritt stellt einen bedeutenden Schritt in Richtung der Herstellung von Materialien dar, die die vollständige Struktur und Funktion von natürlichen Hirngeweben haben. Langfristig bietet die Arbeit Hoffnung für Personen, die Hirnverletzungen erleiden.“
Die Struktur des Kortex wurde aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) hergestellt, die das Potenzial haben, die in den meisten menschlichen Geweben vorkommenden Zelltypen zu produzieren. HiPSCs können einfach aus Zellen gewonnen werden, die von den Patienten selbst entnommen wurden, wodurch eine Immunreaktion vermieden wird.
Von der Zelle zum 3D-Drucker
Die hiPSCs wurden in neuronale Vorläuferzellen für zwei verschiedene Schichten des Großhirns differenziert. Diese Zellen wurden dann in Lösung suspendiert, um zwei Bio-Tinten zu erzeugen, die anschließend gedruckt wurden, um eine zweischichtige Struktur zu erzeugen.
Als die 3D-gedruckten Zellen in das Mausgewebe implantiert wurden, wurden sie beobachtet, wie sie mit den Mauszellen kommunizierten. Dies zeigt eine funktionelle und strukturelle Integration der Gewebe. Die Forscher planen nun, die Tropfendrucktechnik weiter zu verfeinern, um komplexe mehrschichtige Großhirnrindenstrukturen zu erzeugen.
Professor Zoltán Molnár, Senior-Autor der Studie, sagt dazu:
„Es wäre naiv zu denken, dass wir den gesamten zellulären Fortschritt im Labor nachbilden können. Dennoch zeigt unser 3D-Druck-Projekt erhebliche Fortschritte bei der Steuerung der Schicksale und Anordnungen von menschlichen iPSCs, um die grundlegenden funktionellen Einheiten des Großhirns zu bilden.“
Die Forschung wurde von einem European Research Council Advanced Grant (SYNTISU) und dem Oxford Martin School Programme on 3D Printing for Brain Repair unterstützt.