Un team di scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato il primo tessuto cerebrale stampato in 3D che può crescere e funzionare come un tipico tessuto cerebrale. È un risultato con importanti implicazioni per gli scienziati che studiano il cervello e lavorano su trattamenti per una vasta gamma di disturbi neurologici e dello sviluppo neurologico, come il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

 

 

 

Un team di scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison ha sviluppato il primo tessuto cerebrale stampato in 3D che può crescere e funzionare come un tipico tessuto cerebrale.

È un risultato con importanti implicazioni per gli scienziati che studiano il cervello e lavorano su trattamenti per una vasta gamma di disturbi neurologici e dello sviluppo neurologico, 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”, afferma Su-Chun Zhang, professore di neuroscienze e neurologia presso il Waisman Center di UW-Madison.

“Potrebbe cambiare il modo in cui guardiamo alla biologia delle cellule staminali, alle neuroscienze e alla patogenesi di molti disturbi neurologici e psichiatrici”.

I metodi di stampa hanno limitato il successo dei precedenti tentativi di stampare il tessuto cerebrale, secondo Zhang e Yuanwei Yan, uno scienziato del laboratorio di Zhang.

Il gruppo che ha creato il nuovo processo di stampa 3D ha descritto il loro metodo sulla rivista Cell Stem Cell.

Invece di utilizzare il tradizionale approccio di stampa 3D, impilando gli strati verticalmente, i ricercatori sono andati orizzontalmente.

Hanno collocato le cellule cerebrali, neuroni cresciuti da cellule staminali pluripotenti indotte, in un gel “bio-inchiostro” più morbido rispetto ai tentativi precedenti.

“Il tessuto ha ancora abbastanza struttura per tenersi insieme, ma è abbastanza morbido da consentire ai neuroni di crescere l’uno nell’altro e iniziare a parlare tra loro”, dice Zhang.

Le celle sono adagiate l’una accanto all’altra come matite adagiate l’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”, dice Yan.

I risultati parlano da soli, vale a dire che le cellule possono parlare tra loro.

Le cellule stampate raggiungono il mezzo per formare connessioni all’interno di ogni strato stampato e tra gli strati, formando reti paragonabili al cervello umano.

I neuroni comunicano, inviano segnali, interagiscono tra loro attraverso i neurotrasmettitori e formano anche reti adeguate con le cellule di supporto che sono state aggiunte al tessuto stampato.

“Abbiamo stampato la corteccia cerebrale e lo striato e quello che abbiamo trovato è stato piuttosto sorprendente”, dice Zhang.

“Anche quando abbiamo stampato diverse cellule appartenenti a diverse parti del cervello, erano ancora in grado di parlare tra loro in un modo molto speciale e specifico”.

La tecnica di stampa offre una precisione – un controllo sui tipi e sulla disposizione delle cellule – che non si trova negli organoidi cerebrali, organi in miniatura usati per studiare i cervelli.

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 neuroni in qualsiasi momento. Quindi possiamo metterli insieme quasi in qualsiasi momento e in qualsiasi modo vogliamo”, afferma Zhang.

“Poiché siamo in grado di 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 offre flessibilità. Il tessuto cerebrale stampato potrebbe essere utilizzato per studiare la segnalazione tra le cellule nella sindrome di Down, le interazioni tra il tessuto sano e il tessuto vicino affetto da Alzheimer, testare nuovi farmaci candidati o persino guardare il cervello crescere.

“In passato, abbiamo spesso guardato una cosa alla volta, il che significa che spesso ci mancano 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. Questo è il modo in cui funziona il nostro cervello e deve essere studiato tutto insieme in questo modo per capirlo veramente”, dice Zhang.

“Il nostro tessuto cerebrale potrebbe essere utilizzato per studiare quasi tutti gli aspetti principali di ciò su cui molte persone al Waisman Center stanno lavorando. 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 dovrebbe essere accessibile anche a molti laboratori.

Non richiede particolari apparecchiature di bio-printing o metodi di coltura per mantenere il tessuto sano, e può essere studiato in modo approfondito con microscopi, tecniche di imaging standard ed elettrodi già comuni nel settore.

I ricercatori vorrebbero esplorare il potenziale della specializzazione, tuttavia, migliorando ulteriormente il loro bio-inchiostro e perfezionando le loro attrezzature per consentire orientamenti specifici delle cellule all’interno del loro tessuto stampato.

“In questo momento, la nostra stampante è commercializzata da banco”, afferma Yan. “Possiamo apportare alcuni miglioramenti specializzati per aiutarci a stampare tipi specifici di tessuto cerebrale su richiesta”.