多年来，科学家们一直在创造大脑“类器官”，但这些微小、实验室培养的细胞存在局限性。最令人沮丧的问题之一是缺乏对其设计的控制，这常常限制了类器官的功能和用途。尽管研究人员长期以来一直认为3D打印可能提供解决方案，但到目前为止，这种方法一直难以实现且无效。然而，一项新的生产突破可能会解决这个长期存在的障碍，并有望有一天为帕金森病和阿尔茨海默病等疾病的治疗提供新途径。
正如《Cell Stem Cell》杂志新一期文章所详述的，威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员开发了一种新颖的3D打印方法，用于创建与大脑组织相似生长和运行的细胞培养物。传统的3D打印涉及像蛋糕一样垂直分层“生物墨水”，而该团队则让他们的机器像玩多米诺骨牌一样水平打印。
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正如《New Atlas》所解释的，研究人员将来自多能干细胞（能够分化成多种细胞类型）的神经元置于由纤维蛋白原和凝血酶（参与血液凝固的生物材料）制成的新型生物墨水凝胶中。然后添加其他水凝胶以帮助稀释生物墨水，以解决先前3D打印组织实验中遇到的3个问题。
根据研究负责人、威斯康星大学麦迪逊分校神经科学和神经病学教授 Su-Chun Zhang 的说法，所得组织足够坚韧，可以维持其结构，同时也足够柔软，能够为神经元提供足够的氧气和营养摄入。
“这种组织仍然有足够的结构来保持完整，但它足够柔软，可以让神经元互相生长并开始交流，”Zhang 在最近的一篇大学简介中解释道。
由于其水平结构，新的组织细胞不仅在每层内部形成连接，而且跨层形成连接，这与人类神经元非常相似。这些新结构可以通过产生神经递质进行相互作用，甚至在3D打印组织内创建了支持细胞网络。
在这些实验中，该团队打印了大脑皮层和纹状体培养物。尽管它们负责截然不同的功能——前者与思维、语言和自主运动有关；后者与视觉信息有关——这两种3D打印组织仍然能够“以一种非常特别和特定的方式”进行交流，Zhang 表示。
研究人员认为，他们的技术不仅限于创建这两种类型的培养物，而且理论上“几乎可以在任何时候以任何方式”打印任何类型的神经元，据 Zhang 称。这意味着3D打印方法最终可以帮助研究健康大脑部分与受阿尔茨海默病影响的部分如何相互作用，研究唐氏综合征的细胞信号通路，以及使用组织测试新药物。
“我们的大脑在网络中运作，”Zhang 解释说。“我们希望以这种方式打印大脑组织，因为细胞不是独立运作的。它们会相互交流。这就是我们的大脑运作方式，必须像这样整体地进行研究才能真正理解它。”
