Agykéreg-rekonstrukció 3D-nyomtatással
A magyar részvétellel folyó oxfordi kutatás ígéretes eredményeket hozott, amelyeket a későbbiekben az agysérülések gyógyításában használhatnak.
A Nature Communications október 4-én közölte a University of Oxford kutatóinak cikkét (egyik vezető szerzője Molnár Zoltán), amelyben egy olyan eljárásról számoltak be, amely idegsejtek 3D-nyomtatásával képes az agykéreg helyreállítására, így személyre szabott rekonstrukciós műtéteknél lehet majd használható.
Az agysérülések, beleértve a trauma, a stroke és az agydaganatok miatt végzett műtétek okozta sérüléseket is, jellemzően a cortex jelentős károsodását eredményezik, ami főleg a kognitív funkciók, az akaratlagos mozgás és a kommunikáció nehézségeihez vezet. Évente világszerte mintegy 70 millió ember szenved traumás agysérülést (TBI; traumatic brain injury), és ezek közül 5 millió eset súlyos vagy halálos kimenetelű. Jelenleg nincs hatékony kezelés a súlyos agysérülésekre, ami drámai hatással van az életminőségre.
A szövetregeneráló terápiák, különösen azok, amelyek során a betegek saját őssejtjeiből származó implantátumokat kapnak, a jövőben ígéretes lehetőséget jelenthetnek az agysérülések kezelésére. Eddig azonban nem volt olyan módszer, amely biztosította volna, hogy a beültetett őssejtek az agy felépítését utánozzák.
A mostani tanulmányban a kutatók humán neuron őssejtek 3D-nyomtatásával kétrétegű agyszövetet állítottak elő. Egér agyszeletekbe implantálva a sejtek meggyőző strukturális és funkcionális integrációt mutattak a gazdaszövettel. A kutatás vezető szerzője, Dr. Yongcheng Jin elmondta: “Ez óriási előrelépés a természetes agyszövetek teljes szerkezetét és funkcióját tükröző anyagok előállítása felé. A módszer egyedülálló lehetőséget biztosít az emberi agykéreg működésének feltárására, és hosszú távon pedig reményt adhat az agysérülést szenvedettek számára.”
A mesterséges agykérgi struktúrát humán indukált pluripotens őssejtek (hiPSC; human induced pluripotent stem cells) állították elő, amelyek képesek a legtöbb emberi szövetben megtalálható sejttípusok előállítására. A hiPSC-k szövetrekonstrukciós célra való felhasználásának egyik fő előnye, hogy a betegek saját sejtjeiből könnyen előállíthatók, és nem váltanak ki immunválaszt.
A hiPSC-ket az agykéreg két különböző rétegének neurális progenitor sejtjeivé differenciálták, majd a sejteket oldatban szuszpendálták, hogy két “bioinket” hozzanak létre, amelyeket aztán kinyomtatva kétrétegű struktúrát hoztak létre. Szövetkultúrában a nyomtatott szövetek hetekig megőrizték réteges sejtarchitektúrájukat, amit a rétegspecifikus biomarkerek kifejeződése jelzett.
Amikor a nyomtatott szöveteket egér agyszeletekbe ültették, erős integrációt mutattak, amit az idegi folyamatok kivetülése és az idegsejtek implantátum-gazdatest határon át történő migrációja is mutatott. A beültetett sejtek jelátviteli aktivitást is mutattak, amely jól korrelált a gazdasejtekével. Ez azt jelzi, hogy az emberi és egér sejtek kommunikáltak egymással, ami funkcionális és strukturális integrációról is tanúskodik.
A kutatók most tovább kívánják finomítani a cseppnyomtatási (droplet printing) technikát, hogy olyan összetett, többrétegű agykéregszöveteket hozzanak létre, amelyek még valósághűbben utánozzák az emberi agy felépítését. Az agysérülések helyreállításában rejlő lehetőségeken túl ezek a mesterséges szövetek felhasználhatók a gyógyszerek értékelésében, az agy fejlődésének vizsgálatában és a kognitív funkciók alapjainak jobb megértésében.
A tanulmány egyik vezető szerzője, Molnár Zoltán professzor így nyilatkozott: “Az emberi agy fejlődése egy kényes és igen bonyolult folyamat. Naivitás lenne azt gondolni, hogy a teljes sejtes folyamatot laboratóriumban újra tudjuk alkotni. Mindazonáltal a 3D nyomtatási projektünk jelentős előrelépést mutat az emberi iPSC-k sorsának és elrendezésének irányításában, hogy kialakulhassanak az agykéreg alapvető funkcionális egységei.”
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Researchers develop 3D printing method that shows promise for repairing brain injuries
Integration of 3D-printed cerebral cortical tissue into an ex vivo lesioned brain slice
Irodalmi hivatkozás:
Integration of 3D-Printed Cerebral Cortical Tissue into an ex vivo Lesioned Brain Slice, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-41356-w
