來自蒙特利爾大學(xué)、康考迪亞大學(xué)和圣卡塔琳娜聯(lián)邦大學(xué)的一組研究人員使用新開發(fā)的生物打印技術(shù)成功地3D打印了活的小鼠腦細(xì)胞?？茖W(xué)家們使用激光誘導(dǎo)側(cè)向轉(zhuǎn)移 (LIST) 技術(shù)來產(chǎn)生感覺神經(jīng)元，這是周圍神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，其中大部分腦細(xì)胞在打印兩天后仍然存活。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多項(xiàng)測試以測量打印細(xì)胞的能力，他們認(rèn)為這有助于顯著推進(jìn)生物打印領(lǐng)域。

雖然這一發(fā)展對生物打印在疾病建模、藥物測試和植入物制造方面的潛力充滿希望，但科幻風(fēng)格的 3D 打印大腦器官和細(xì)胞替代品還有很長的路要走。康考迪亞大學(xué)博士生 Hamid Orimi 說：“一般來說，當(dāng)我們談?wù)撋锎蛴r，人們往往會得出結(jié)論。他們認(rèn)為我們現(xiàn)在可以打印用于移植的人體器官之類的東西。雖然這是一個長期目標(biāo)，但我們離那個點(diǎn)還很遠(yuǎn)。但仍有很多方法可以使用這項(xiàng)技術(shù)。”

LIST生物打印腦細(xì)胞

激光輔助生物打印可以支持廣泛的生物墨水粘度，對細(xì)胞活力和功能影響很小，同時保持高打印分辨率和可重復(fù)性?？茖W(xué)家的 LIST 生物打印技術(shù)是一種改進(jìn)的細(xì)胞激光生物打印工藝，它克服了其他生物打印技術(shù)的各種限制，例如供體制備挑戰(zhàn)、墨水粘度和細(xì)胞活力。該過程使用低能量納秒激光脈沖在帶有生物墨水的玻璃微毛細(xì)管的遠(yuǎn)端產(chǎn)生瞬態(tài)微氣泡。隨著微泡的膨脹，一個充滿細(xì)胞的微噴射液滴被噴射到下面的基板上。根據(jù) Orimi 之前的一項(xiàng)研究，LIST 可以適用于需要多尺度生物打印的應(yīng)用，例如 3D 藥物篩選模型甚至人造組織。

在目前的研究中，研究團(tuán)隊(duì)試圖驗(yàn)證使用 LIST 生物打印成人感覺神經(jīng)元的可行性?？茖W(xué)家們使用來自小鼠周圍神經(jīng)系統(tǒng)的背根神經(jīng)節(jié) (DRG) 神經(jīng)元來制備生物墨水。然后將神經(jīng)元懸浮在 bioink 溶液中，并加載到生物相容性基材上方的方毛細(xì)管中。在通過團(tuán)隊(duì)的 LIST 過程進(jìn)行 3D 生物打印后，樣品在清洗和重新孵育 48 小時之前進(jìn)行了短暫的孵育。

神經(jīng)元的激光誘導(dǎo)側(cè)向轉(zhuǎn)移 (LIST)。圖片來自微型機(jī)器。

評估 3D 打印的神經(jīng)元

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多項(xiàng)測試以測量 3D 生物打印細(xì)胞的容量。一項(xiàng)活力評估發(fā)現(xiàn)，打印兩天后，86% 的細(xì)胞仍然活著，當(dāng)激光使用較低的能量時，存活率會提高。正如所料，發(fā)現(xiàn)使用更高能量的激光更有可能損壞細(xì)胞。進(jìn)一步的測試測量了神經(jīng)突的生長，這指的是當(dāng)發(fā)育中的神經(jīng)元響應(yīng)指導(dǎo)線索、神經(jīng)肽釋放、鈣成像和 RNA 測序而生長時產(chǎn)生新的投射。研究人員觀察到，生物打印不會影響 DRG 神經(jīng)元的存活，但確實(shí)減少了神經(jīng)突的生長。研究小組還發(fā)現(xiàn)，3D 打印的神經(jīng)元通過肽釋放保持與環(huán)境細(xì)胞交流的能力。

最終，結(jié)果總體上令人鼓舞，研究表明，LIST 打印的成人感覺神經(jīng)元保持高活力和功能完整性?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可以對生物打印領(lǐng)域做出重要貢獻(xiàn)，特別是在藥物發(fā)現(xiàn)和減少動物試驗(yàn)方面。未來，LIST 生物打印可能有助于為更少的動物安樂死以進(jìn)行有益于人類的實(shí)驗(yàn)鋪平道路，并且還可以產(chǎn)生更準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)闇y試將在人體組織而不是動物組織上進(jìn)行.

展望未來，該團(tuán)隊(duì)正在尋求批準(zhǔn)繼續(xù)他們對細(xì)胞移植的研究，他們認(rèn)為這可以極大地幫助藥物發(fā)現(xiàn)，例如神經(jīng)恢復(fù)藥物。

生物打印不會影響 DRG 神經(jīng)元的存活，但會減少神經(jīng)突的生長。圖片來自微型機(jī)器。

3D打印腦細(xì)胞的進(jìn)步

Orimi 和他的團(tuán)隊(duì)并不是唯一探索 3D 生物打印生產(chǎn)神經(jīng)細(xì)胞和結(jié)構(gòu)潛力的人。

去年，清華大學(xué)的一組研究人員 3D 打印了能夠培養(yǎng)神經(jīng)細(xì)胞的類腦組織結(jié)構(gòu)。經(jīng)過幾周的體外培養(yǎng)，最初的神經(jīng)細(xì)胞已經(jīng)形成了一個復(fù)雜的神經(jīng)回路，可以對外部刺激做出反應(yīng)。

在其他地方，醫(yī)療技術(shù)公司 Fluicell 與臨床研發(fā)公司 Cellectricon 和 Karolinska Institutet 合作，使用其 Biopixlar 平臺將神經(jīng)細(xì)胞 3D 生物打印成復(fù)雜的圖案。合作伙伴能夠在 3D 結(jié)構(gòu)中精確排列大鼠腦細(xì)胞，而不會破壞它們的生存能力，這些結(jié)構(gòu)顯示出模擬神經(jīng)疾病和藥物開發(fā)進(jìn)展的潛力。

最近，中國科學(xué)院和中國科技大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種使用定制生物墨水治療脊髓損傷的新型生物打印方法。生物墨水包含神經(jīng)干細(xì)胞加載的組織，能夠通過來自大腦的脈沖傳遞指令，一旦植入老鼠體內(nèi)，就能夠恢復(fù)癱瘓四肢的運(yùn)動。

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