أول نسيج عصبي مطبوع ثلاثي الأبعاد في العالم ينمو ويعمل مثل الدماغ البشري

ابتكر الباحثون أول أنسجة دماغية وظيفية مطبوعة ثلاثية الأبعاد يمكنها تطوير وتشكيل الروابط بنفس طريقة أنسجة المخ البشرية الحقيقية.

يوفر هذا الإنجاز الذي حققه فريق من جامعة ويسكونسن ماديسون لعلماء الأعصاب أداة جديدة لدراسة الاتصال بين خلايا الدماغ وأجزاء أخرى من الدماغ البشري، ما قد يؤدي إلى طرق أفضل لعلاج أمراض مثل الزهايمر وباركنسون.

يقول عالم الأعصاب سو تشون تشانج، المؤلف الرئيسي لورقة جديدة تصف البحث: "يمكن أن يغير ذلك الطريقة التي ننظر بها إلى بيولوجيا الخلايا الجذعية، وعلم الأعصاب، والاضطرابات العصبية والنفسية".

يقول تشانج وفريقه إن العديد من المختبرات يجب أن تكون قادرة على استخدام طريقتهم الجديدة لأنها لا تحتاج إلى معدات خاصة للطباعة الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، من السهل الحفاظ على صحة الأنسجة ويمكن دراستها باستخدام المجهر وغيرها من المعدات الموجودة عادة في معظم المختبرات.

إن الطباعة الحيوية الثلاثية الأبعاد ــ وهي عملية موجهة بالكمبيوتر تبني طبقات من المواد، والخلايا، وغير ذلك من المكونات اللازمة لبناء الهياكل الحية ــ تتمتع بإمكانات هائلة لإنشاء أنسجة تتكاثر، بل وتحل محل الأنسجة الحقيقية في بعض الحالات.

يقول تشانج: "نظرًا لأننا نستطيع طباعة الأنسجة حسب التصميم، فيمكن أن يكون لدينا نظام محدد للنظر في كيفية عمل شبكة الدماغ البشري لدينا.. يمكننا أن ننظر بشكل محدد للغاية في كيفية تواصل الخلايا العصبية مع بعضها البعض في ظل ظروف معينة".

لفهم شبكات الدماغ البشري لدراسة الصحة والأمراض، نحتاج إلى نموذج موثوق للأنسجة العصبية البشرية الحية، كما يوضح الباحثون، لأن النماذج الحيوانية لا يمكنها تكرار تعقيد الدماغ بشكل كامل.

لكن من الصعب طباعة أنسجة دماغية بشرية وظيفية، وحتى الآن تفتقر معظم الأنسجة المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى الروابط المناسبة بين الخلايا. يجب أن تكون الخلايا العصبية قادرة على النضج مع الحفاظ على بنية الأنسجة سليمة، كما أن الخلايا الداعمة مثل الخلايا النجمية ضرورية لكي تعمل الأنسجة بشكل صحيح.

ويمكن لخلايا الأنسجة المطبوعة أن تشكل شبكات تشبه الدماغ داخل الطبقات وفيما بينها في غضون أسابيع قليلة. تتواصل الخلايا العصبية، وترسل الإشارات، وتستخدم الناقلات العصبية، بل وتشكل شبكات تحتوي على خلايا داعمة إضافية.

يوضح تشانج: "لا يزال لدى الأنسجة بنية كافية لتتماسك معًا، ولكنها ناعمة بما يكفي للسماح للخلايا العصبية بالنمو مع بعضها البعض والبدء في التواصل".

ويضيف: "حتى عندما قمنا بطباعة خلايا مختلفة تنتمي إلى أجزاء مختلفة من الدماغ، كانت لا تزال قادرة على التحدث مع بعضها البعض بطريقة خاصة ومحددة للغاية."

يقول تشانغ: "قمنا بطباعة القشرة الدماغية والجسم المخطط، وما وجدناه كان مذهلاً للغاية"، حسب تصريحه لمجلة ساينس ألرت.

تسمح دقة طريقة الطباعة ثلاثية الأبعاد هذه بالتحكم في أنواع الخلايا وترتيباتها، على عكس الأعضاء المصغرة المزروعة في المختبر والمستخدمة في أبحاث الدماغ والتي تسمى عضويات الدماغ.

ومع ذلك، لا يستطيع النموذج الأولي التحكم في اتجاه الخلايا العصبية الناضجة، كما أن الأنسجة المطبوعة تفتقر إلى البنية الطبيعية التي تظهر في عضويات الدماغ. لكن تشانج وزملاءه يقولون إنها مكملة للعضويات كوسيلة مفيدة لدراسة الدماغ في ظل ظروف مختلفة.

يوضح تشانغ: "يمكن استخدامه للنظر في الآليات الجزيئية الكامنة وراء نمو الدماغ، والنمو البشري، وإعاقات النمو، واضطرابات التنكس العصبي، والمزيد".

ويأمل الفريق في تحسين عمليتهم لإنشاء أنسجة دماغية أكثر تحديدًا بخلايا قابلة للتوجيه.

ونشرت الدراسة في مجلة الخلايا الجذعية.