С помощью 3D-принтера ученые из Уппсальского университета удалось создать модель, напоминающую нервную ткань человека. Образец, который можно вырастить из собственных клеток пациента, позволяет тестировать новые лекарственные препараты в лабораторных условиях.
Нервные клетки, отвечающие за движение – двигательные нейроны – контролируют работу наших мышц, передавая сигналы от головного и спинного мозга к телу. При таких недугах, как боковой амиотрофический склероз (БАС), эти клетки подвергаются разрушению, что вызывает мышечную слабость и паралич. Обычно после постановки диагноза жизнь продолжается около 4 года, поскольку способность пациента к передвижению и дыханию постепенно снижается. На данный момент не разработано лекарств, способных излечить это заболевание, хотя некоторые препараты могут помочь замедлить его развитие.
В новом исследовании, опубликованном в International Journal of Bioprinting, изучив результаты экспериментов, ученые продемонстрировали возможность применения 3D-принтеров для изготовления моделей, известных как органоиды, имитирующих нервную ткань человека. Органоиды, состоящие из двигательных нейронов, применимы для проведения исследований или, к примеру, для проверки эффективности новых медикаментов.
«Поскольку двигательные нейроны располагаются в спинном мозге, прямая проверка терапевтических подходов на людях с нейродегенеративными заболеваниями, например, БАС, затруднена. Разработанный нами метод позволяет создавать органоиды двигательных нейронов непосредственно из клеток кожи пациента, что даёт возможность выращивать органоиды спинного мозга для тестирования новых способов лечения, — отмечает Елена Козлова, ведущий автор исследования.
В рамках настоящего исследования ученые применили стволовые клетки человека, извлеченные из кожи и перепрограммированные в предшественники двигательных нейронов — незрелые нервные клетки, способные впоследствии дифференцироваться в зрелые двигательные нейроны. Полученные клетки смешивали с мягким желатином и последовательно печатали на 3D-принтере, формируя ткань и её структуру. Трехмерное распределение клеток в биочернилах способствовало повышению их выживаемости и росту нервных волокон.
В предыдущих экспериментах аксоны располагались исключительно на поверхности, однако теперь ученым удалось стимулировать их рост и внутри биоматрицы. Ключевым моментом решения этой задачи стало применение более податливого материала для 3D-печати (биочернил), который сохраняет свою структуру, обеспечивая при этом возможность прорастания аксонов. Для поддержки созревания и развития клеток исследователи использовали микрочастицы с пористой структурой – мезопористые частицы диоксида кремния, – которые были насыщены факторами роста и добавлены в биочернила.
«Для изучения и тестирования лекарственных препаратов необходимо обеспечить возможность получения большого количества органоидов воспроизводимыми методами. Кроме того, наша технология позволяет добавлять другие типы нервных клеток, включая глиальные, что способствует формированию более реалистичных моделей спинного мозга, как отмечает Елена Козлова.
[Фото: Elena Kozlova / Uppsala University]