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Ricercatori stampano in 3D il tessuto cerebrale umano funzionale

Grazie al team dell’Università del Wisconsin-Madison, il bioinchiostro può crescere, funzionare e comunicare come un tipico tessuto cerebrale

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Secondo l’Università del Wisconsin-Madison, un team di scienziati ha sviluppato il primo tessuto cerebrale stampato in 3D che può crescere e funzionare come quello vero – un risultato significativo con importanti implicazioni per gli scienziati che studiano il cervello e lavorano su trattamenti per una vasta gamma di disturbi neurologici e del neurosviluppo, come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

“Questo potrebbe essere un modello estremamente potente per aiutarci a capire come le cellule cerebrali e le parti del cervello comunicano negli esseri umani”, ha affermato Su-Chun Zhang, professore di neuroscienze e neurologia presso il Waisman Center dell’Università del Wisconsin-Madison. “Potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo alla biologia delle cellule staminali, alle neuroscienze e alla patogenesi di molti disturbi neurologici e psichiatrici”.

Secondo Zhang e Yuanwei Yan, uno scienziato del laboratorio di Zhang, i metodi di stampa precedenti hanno limitato il successo dei precedenti tentativi di stampare il tessuto cerebrale. Il gruppo dietro il nuovo processo di stampa 3D, in cui le cellule cerebrali, neuroni cresciuti da cellule staminali pluripotenti indotte, sono state collocate in un morbido gel di bioinchiostro, ha descritto il loro metodo sulla rivista Cell Stem Cell .

“Il tessuto ha ancora abbastanza struttura per restare insieme, ma è abbastanza morbido da consentire ai neuroni di crescere l’uno nell’altro e iniziare a parlare tra loro”, ha detto Zhang. Le celle sono disposte una accanto all’altra come matite appoggiate una accanto all’altra su un tavolo. “Il nostro tessuto rimane relativamente sottile e questo rende facile per i neuroni ottenere abbastanza ossigeno e abbastanza nutrienti dai mezzi di crescita”, ha detto Yan.

Le cellule stampate attraversano il mezzo per formare connessioni all’interno di ogni strato stampato e tra gli strati, formando reti paragonabili a quelle del cervello umano: in sostanza, le cellule parlano tra loro. I neuroni comunicano, inviano segnali, interagiscono tra loro attraverso neurotrasmettitori e formano anche vere e proprie reti con cellule di supporto aggiunte al tessuto stampato.

“Abbiamo stampato la corteccia cerebrale e lo striato e quello che abbiamo trovato è stato piuttosto sorprendente. Anche quando abbiamo stampato cellule diverse appartenenti a diverse parti del cervello, erano ancora in grado di parlare tra loro in un modo molto speciale e specifico”.

Su-Chun Zhang.

La tecnica di stampa offre precisione – controllo sui tipi e sulla disposizione delle cellule – non riscontrabile negli organoidi cerebrali (organi in miniatura utilizzati per studiare il cervello). Gli organoidi crescono con meno organizzazione e controllo.

“Il nostro laboratorio è molto speciale in quanto siamo in grado di produrre praticamente qualsiasi tipo di neurone in qualsiasi momento. Quindi possiamo metterli insieme quasi in qualsiasi momento e nel modo che preferiamo”, ha continuato Zhang. “Poiché possiamo stampare il tessuto in base alla progettazione, possiamo avere un sistema definito per osservare come funziona la nostra rete cerebrale umana. Possiamo osservare in modo molto specifico il modo in cui le cellule nervose comunicano tra loro in determinate condizioni perché possiamo stampare esattamente ciò che vogliamo”.

Questa specificità fornisce flessibilità, con il potenziale per il tessuto cerebrale stampato in 3D di essere utilizzato per studiare la segnalazione tra le cellule nella sindrome di Down, le interazioni tra tessuto sano e tessuto vicino affetto dall’Alzheimer, testare nuovi farmaci candidati o persino osservare la crescita del cervello.

“In passato, abbiamo spesso considerato una cosa alla volta, il che significa che spesso tralasciamo alcuni componenti critici. Il nostro cervello opera in reti. Vogliamo stampare il tessuto cerebrale in questo modo perché le cellule non funzionano da sole. Parlano tra loro. È così che funziona il nostro cervello e deve essere studiato tutti insieme per capirlo veramente. Il nostro tessuto cerebrale potrebbe essere utilizzato per studiare quasi tutti gli aspetti principali di ciò su cui stanno lavorando molte persone al Waisman Center. Può essere utilizzato per esaminare i meccanismi molecolari alla base dello sviluppo del cervello, dello sviluppo umano, delle disabilità dello sviluppo, dei disturbi neurodegenerativi e altro ancora”.

La nuova tecnica di stampa è anche relativamente accessibile, poiché non richiede speciali attrezzature di biostampa o metodi di coltura per mantenere il tessuto sano e può essere studiata in profondità con microscopi, tecniche di imaging standard ed elettrodi già comuni nel settore.

I ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison vorrebbero esplorare il potenziale della specializzazione, migliorando ulteriormente il loro bioinchiostro e perfezionando le loro attrezzature per consentire orientamenti specifici delle cellule all’interno del loro tessuto stampato. “Al momento, la nostra stampante è commercializzata da banco”, ha affermato Yan. “Possiamo apportare alcuni miglioramenti specializzati per aiutarci a stampare tipi specifici di tessuto cerebrale su richiesta”.

Questo studio è stato supportato in parte da NIH-NINDS (NS096282, NS076352, NS086604), NICHD (HD106197, HD090256), Consiglio nazionale di ricerca medica di Singapore (MOH-000212, MOH-000207), Ministero dell’Istruzione di Singapore (MOE2018- T2-2-103), Aligning Science Across Parkinson’s (ASAP-000301), la Bleser Family Foundation e la Busta Foundation.

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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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