Revolutionäre Methode zur Herstellung von funktionalem Gehirngewebe mittels 3D-Druck

Forscher der Universität Wisconsin-Madison haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, um funktionales menschliches Gehirngewebe mittels 3D-Druck herzustellen.

Der 3D-Druck-Prozess ermöglicht es, aktive neuronale Netzwerke in und zwischen Geweben zu erzeugen, die innerhalb weniger Wochen wachsen.

Die Wissenschaftler sind der Überzeugung, dass ihr 3D-biogedrucktes Gehirngewebe ein effektives Werkzeug zur Modellierung der Gehirnaktivität unter physiologischen und pathologischen Bedingungen darstellt und auch als Plattform für Arzneimitteltests dienen kann.

Die herkömmlichen Methoden zur Herstellung von funktionalem menschlichem Gehirngewebe sind nach Ansicht der Wissenschaftler begrenzt. Normalerweise werden starre Gerüste 3D-gedruckt, um die komplexe Struktur zu unterstützen, und die Gehirnzellen werden dann hineingesetzt, um das menschliche Gewebe wachsen zu lassen. Dies führt in der Regel dazu, dass die neuronalen Zellen ungleichmäßig verteilt sind und dicke Zellcluster bilden. Darüber hinaus blockieren die 3D-gedruckten Gerüste in der Regel die Zellwanderung, wodurch die Bildung aktiver neuronaler Netzwerke zwischen den Schichten verhindert wird.

Die neue Methode überwindet diese Herausforderungen, indem das Gehirngewebe horizontal statt vertikal extrudiert wird. Nachdem das Gewebe abgelegt wurde, wird Thrombin als Vernetzungsmittel hinzugefügt, um zu verhindern, dass die 3D-gedruckten Zellbänder sich vermischen.

Die Wissenschaftler verwendeten auch eine weichere Bio-Tinte als bei früheren Ansätzen, um den Zellen das Bilden von Verbindungen sowohl innerhalb als auch zwischen den Gewebeschichten zu ermöglichen, ähnlich wie bei einem echten menschlichen Gehirn.

Einmal 3D-gedruckt, können die Neuronen miteinander kommunizieren, Signale senden und miteinander interagieren. Sogar die hinzugefügten Unterstützungszellen bildeten korrekte Netzwerke mit den 3D-gedruckten Geweben.

Die UW-Madison-Gruppe verwendete einen kommerziell erhältlichen 3D-Biodrucker, der laut Zhang in Zukunft weiterentwickelt werden könnte, um spezifische Arten von Gehirngewebe auf Abruf zu drucken.

Außerdem behauptet das Team, dass seine neue 3D-Drucktechnik für andere Forschungslabors zugänglich ist, da sie keine spezielle Bio-Drucktechnik oder Kultivierungsmethoden erfordert, um das Gewebe gesund zu halten. Das 3D-gedruckte Gewebe kann auch leicht mit handelsüblichen Mikroskopen, Elektroden und Standard-Bildgebungstechniken eingehend untersucht werden.

Letztendlich hofft man, dass das 3D-gedruckte Hirngewebe dazu dienen kann, die Zell-Zell-Signalübertragung beim Down-Syndrom zu untersuchen, wie gesundes Gewebe mit von Alzheimer beeinträchtigtem Gewebe interagiert, neue Medikamentenkandidaten zu testen oder das Wachstum des Gehirns zu beobachten.

Zhang ist der Überzeugung, dass das 3D-gedruckte Gewebe dazu verwendet werden kann, “fast jeden bedeutenden Aspekt von dem, woran viele Menschen im Waisman Center arbeiten”, zu untersuchen.

Die Verwendung von additive manufacturing und 3D-Biodruck spielt weiterhin eine wichtige Rolle bei der Fortschreibung der medizinischen Forschung, Behandlung und Arzneimittelentwicklung. Untersuchungen zufolge wird erwartet, dass die Branche in Bezug auf medizinische Anwendungen weiterhin signifikante Fortschritte erzielen wird.

Das UW-Madison-Team ist nicht das erste, das das Potenzial des 3D-Drucks für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen und die Entwicklung neuer Behandlungsmethoden erforscht. Bereits im Jahr 2022 entwickelten Forscher der Bundesuniversität von São Paulo (UNIFESP) in Brasilien eine Methode zur 3D-gedruckten Herstellung von Gehirnzellen, die mindestens 14 Tage lang überleben können.

Ein anderes Beispiel ist die Partnerschaft zwischen Wissenschaftlern des Medizintechnikunternehmens Fluicell, der klinischen F&E-Firma Cellectricon und der schwedischen Karolinska-Institut-Universität, um neuronale Zellen in komplexen Mustern mittels 3D-Biodruck zu drucken.

Eine bahnbrechende Methode wurde von Forschern der Universität Wisconsin-Madison entwickelt, um funktionales menschliches Gehirngewebe mittels 3D-Druck herzustellen. Der 3D-Druck-Prozess ermöglicht es, aktive neuronale Netzwerke in und zwischen Geweben zu erzeugen, die innerhalb weniger Wochen wachsen. Dieses 3D-biogedruckte Gehirngewebe kann verwendet werden, um die Gehirnaktivität unter physiologischen und pathologischen Bedingungen zu modellieren und als Plattform für Arzneimitteltests zu dienen.

Die herkömmlichen Methoden zur Herstellung von funktionalem menschlichem Gehirngewebe sind begrenzt. Normalerweise werden starre 3D-gedruckte Gerüste verwendet, in die dann die Gehirnzellen eingesetzt werden, um das Gewebe wachsen zu lassen. Diese Methode führt oft dazu, dass die neuronalen Zellen ungleichmäßig verteilt sind und dicke Zellcluster bilden. Die 3D-gedruckten Gerüste blockieren auch oft die Zellwanderung, wodurch die Bildung aktiver neuronaler Netzwerke zwischen den Schichten verhindert wird.

Die neue Methode überwindet diese Herausforderungen, indem das Gehirngewebe horizontal extrudiert wird. Thrombin wird als Vernetzungsmittel hinzugefügt, um zu verhindern, dass die 3D-gedruckten Zellbänder sich vermischen. Eine weichere Bio-Tinte ermöglicht den Zellen das Bilden von Verbindungen innerhalb und zwischen den Gewebeschichten, ähnlich wie bei einem echten menschlichen Gehirn.

Einmal 3D-gedruckt, können die Neuronen miteinander kommunizieren, Signale senden und miteinander interagieren. Die Methode könnte in Zukunft weiterentwickelt werden, um spezifische Arten von Gehirngewebe auf Abruf zu drucken. Das 3D-gedruckte Gewebe kann leicht mit handelsüblichen Mikroskopen, Elektroden und Standard-Bildgebungstechniken untersucht werden.

Das Ziel ist es, das 3D-gedruckte Hirngewebe zu nutzen, um die Zell-Zell-Signalübertragung beim Down-Syndrom zu untersuchen, die Interaktion gesunden Gewebes mit von Alzheimer beeinträchtigtem Gewebe zu erforschen, neue Medikamentenkandidaten zu testen oder das Wachstum des Gehirns zu beobachten.

Die Verwendung von additive manufacturing und 3D-Biodruck spielt eine wichtige Rolle bei der medizinischen Forschung, Behandlung und Arzneimittelentwicklung. Die Branche wird voraussichtlich in Bezug auf medizinische Anwendungen weiterhin signifikante Fortschritte erzielen.

Ähnliche Artikel zum Thema:
3D-Drucker in der Medizin
Additive Fertigung in der medizinischen Forschung
Nanochemie an der Universität Münster