近日，牛津大学的研究人员成功开发出一种利用3D打印人类干细胞制造简化大脑皮层的技术。该技术所打印的组织当植入小鼠脑切片后，能与宿主组织完美整合，此项研究已在Nature Communications《自然通讯》杂志上发表。
脑损伤，如外伤、中风和脑肿瘤手术引起的，经常导致大脑皮层（人脑的外部层）受到重大伤害，从而影响认知、运动和沟通能力。全球每年约有7000万人遭受创伤性脑损伤，其中约500万病例病情严重或致命。目前，对于严重的脑损伤还没有有效的治疗手段。
组织再生疗法可能是未来治疗脑损伤的有效途径，特别是当患者接受自己干细胞源的植入物时。然而，到目前为止，还没有确保植入的干细胞能够模仿大脑结构的方法。
而牛津大学的这项研究，通过3D打印技术制作出了两层的大脑组织，这些组织在与小鼠大脑切片整合后展现出了极佳的结构和功能。
研究的主要作者Yongcheng Jin博士表示：“这一技术的进步标志着我们朝着制造具有完整结构和功能的天然大脑组织迈出了重要一步，为那些遭受脑损伤的人带来了新的希望。”
这种大脑皮层结构是由人类诱导的多能干细胞（human induced pluripotent stem cell, hiPSC）制成的，这种细胞有潜力生成大部分人类组织中的细胞类型。利用这种干细胞进行组织修复的主要优势是，它们可以从患者自己的细胞中轻松获得，因此不会引发免疫反应。
科学家通过使用生长因子和化学物质的特定组合，将细胞悬浮在溶液中以产生两种“生物墨水”，然后将其打印，以产生两层结构。
当打印的组织被植入小鼠脑切片时，它们表现出很强的整合。显示出人类和小鼠细胞相互通信，功能和结构整合。
另一位研究者Zoltán Molnár教授强调：“尽管我们不能期望在实验室中完全重现人类大脑的发育过程，但我们的3D打印技术已经在控制和模仿大脑皮层的基本功能单元方面取得了实质性进展。”
研究人员现在打算进一步完善液滴打印技术，以创建复杂的多层大脑皮层组织，更逼真地模仿人脑的结构。
这项前瞻性研究得益于牛津大学鼓励的多学科交互合作，其中涉及牛津大学化学系和生理学、解剖学和遗传学系。
未来，这项技术有望为治疗脑损伤、药物评估、大脑发育研究以及提高对认知基础理解等多个领域提供强大的技术支持。
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参考文献：doi: 10.1038/s41467-023-41356-w
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编辑：李菁
