3D打印的人类大脑组织的工作原理与真实的大脑组织一样

这项新研究的作者表示，打印的组织的生长和功能与正常人脑相似。

科学家首次使用 3D 打印机生成功能性人脑组织。

科学家打印的组织厚度不到 0.01 英寸（0.02 厘米），其中包含神经细胞和称为神经胶质细胞的支持细胞。所有这些细胞都可以相互通信并形成网络，就像在真实的人脑中一样。 

该组织是使用生物“打印机”创建的，该打印机可以水平层状地生产出充满干细胞的凝胶。然后用刺激这种发育的化学物质诱导干细胞变成脑细胞。将组织层一层一层小心地堆叠在实验室培养皿上，形成完整的组织模型。 

印刷纸巾背后的研究人员在 2 月 1 日发表在《细胞干细胞》杂志上的一篇论文中描述了他们的成就。他们希望它能够补充人类大脑的其他模型——这些模型由实际的人类细胞制作而成，比传统动物模型更准确地代表人类大脑复杂而独特的特征。其中包括所谓的片上大脑技术（在信用卡大小的设备上模仿脑组织）和大脑类器官（微型简化模型）在盘子里自我组装的大脑。 

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然而，与类器官不同的是，打印技术使科学家能够更好地控制哪些细胞最终在最终组织中的位置。打印组织内的神经也会在两到五周内相互形成连接——这一过程在类器官中可能需要数月的时间，Dr.威斯康星大学麦迪逊分校神经科学和神经病学教授、共同高级研究作者 Su-Chun 张在一封电子邮件中告诉《Live Science》。 

张说，由于这种速度，不同版本的 3D 打印脑组织也可以比类器官更容易制造。因此，这项技术对于测试影响大脑功能的疾病（例如神经退行性疾病和精神疾病）的新候选药物特别有用，他补充道。这是因为可以制作不同的印刷模型来显示每种疾病的特征。

科学家之前曾尝试打印人类脑组织。然而，作者在论文中写道，最终产品中的神经元和神经胶质细胞无法相互形成适当的工作连接。新的打印方法允许形成网络，因为它使用了足够柔软的凝胶来促进这一过程，使细胞有足够的空间伸出并连接。此外，凝胶还具有将脑组织层保持在一起所需的额外强度。 

与垂直堆叠材料层的传统 3D 打印方法不同，作者水平堆叠凝胶。这使得细胞层变得更薄，从而使细胞内的细胞接触到尽可能多的氧气和营养物质。 

打印的干细胞发育成成熟的神经元和神经胶质细胞，形成类似于人脑中的网络，它们甚至通过称为神经递质的化学信使相互交流。通常属于大脑不同部分的印刷细胞（例如外层或皮质和参与决策的纹状体）也相互形成了联系。 

作者承认，新模型仍然存在缺陷。例如，凝胶的柔软性意味着它无法一次性打印多层，因为如果不允许凝胶在层与层之间凝固，它们就会塌陷。这会减慢打印过程。由于其中细胞的营养需求，各个层的厚度也受到限制，从而限制了组织的整体尺寸。 

“模型就是模型，不是真正的大脑，”张说。不过，他表示，该团队正在努力解决这些潜在的缺陷并完善未来的技术。