Учёные впервые напечатали на 3D-принтере живые ткани человеческого мозга

Учёные из Висконсинского университета в Мадисоне (США) сообщили о первой в мире 3D-печати функциональных тканей человеческого мозга. Разработка поможет в изучении работы мозга и его отдельных структур, а также в поисках методов лечения неврологических расстройств и болезней. Как указали учёные в статье в журнале Cell Stem Cell, напечатанная ими ткань смогла «расти и функционировать как обычная ткань мозга».



Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

«Это может стать чрезвычайно мощной моделью, которая поможет нам понять, как у людей взаимодействуют клетки и части мозга, — сказал Су–Чун Чжан (Su-Chun Zhang), профессор неврологии в Центре Вайсмана Калифорнийского университета в Мадисоне. — Это может изменить наш взгляд на биологию стволовых клеток, неврологию и патогенез многих неврологических и психических расстройств».

Учёные подчёркивают, что в отличие от набирающего популярность способа выращивания так называемых органоидов — своего рода миниатюрных копий настоящих органов человека из соответствующих клеток — 3D-печатный способ обеспечивает достаточную точность, чтобы контролировать типы клеток и их расположение.

В подтверждение своих слов учёные напечатали кортикальные ткани и ткани полосатого тела. Нейроны начали образовывать связи в обоих типах тканей и между ними, а также показали признаки активности на уровне работы нейромедиаторов. Через синаптический зазор между одним нейроном и другим сигнал передаётся химическим путём с использованием, в том числе нейромедиаторов. Всё это ожило и заработало в тканях, напечатанных на 3D-принтере.



Источник изображения: Cell Stem Cell

Учёные рассказали, что тонкость в предложенном ими процессе печати заключается в использовании биочернил — связующего клетки геля — такой плотности, которая уже не позволяет ткани растекаться и, в то же время, обеспечивает нейронам и их отросткам свободный рост внутри состава. Также предложенный метод делает упор на горизонтальную печать, а не на вертикальную. Тонкие слои нервной ткани в таком случае лучше снабжаются кислородом и питательными веществами.

«Мы напечатали кору головного мозга и полосатое тело, и то, что мы обнаружили, было весьма поразительным. Даже когда мы печатали разные клетки, принадлежащие к разным частям мозга, они все равно могли связываться друг с другом совершенно особым образом», — заявил профессор Чжан в пресс-релизе.

Источник: https://3dnews.ru/1099780/uchyonie-...-3dprintere-givie-tkani-chelovecheskogo-mozga

Nature Communications: ограничение калорий может замедлить старение мозга



Freepik
Ученые из университета Южной Калифорнии в США обнаружили, что ограничение калорий улучшает здоровье мозга и увеличивает продолжительность жизни за счет изменения функционирования особого гена. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Чтобы выяснить, какой механизм лежит в основе нейропротекторных и сохраняющих молодость свойств ограничительных диет, ученые изучили геномы плодовых мушек разного генетического происхождения. С момента появления на свет насекомые придерживались одной из двух схем питания. Первая группа получала достаточное количество калорий, вторая недополучала 10% от нормы.

Исследователи идентифицировали пять генов, которые имели специфические варианты, существенно влияющие на продолжительность жизни при ограничении питания. Из них два имели аналоги в генетике человека. Команда выбрала для тщательного изучения один ген под названием mustard (mtd) у плодовых мушек (Oxidation Resistance 1 — OXR1 у людей и мышей).

Чтобы понять, как этот ген влияет на общую продолжительность жизни, команда провела серию углубленных лабораторных тестов. Ученые обнаружили, что OXR1 влияет на комплекс, называемый ретромером. Он представляет собой набор белков, необходимых для переработки клеточных протеинов и липидов. Отмечается, что ретромерная дисфункция связана с возрастными нейродегенеративными заболеваниями, в частности, с болезнями Альцгеймера и Паркинсона.

Исследователи объяснили, что при ограничении калорий повышается экспрессия OXR1 в клетках. Одновременно с этим функция ретромера улучшается, что связано с защитой клеток организма (в том числе нейронов) от разрушения. Этот механизм обеспечивает более высокую продолжительность жизни и сохранение ясности ума в пожилом возрасте.

Источник https://www.gazeta.ru/science/news/2024/02/05/22265347.shtml

Построена первая субклеточная 3D-карта фрагмента человеческого мозга, и там много непонятного

Десять лет кропотливой работы привели к появлению первой в мире объёмной карты фрагмента человеческого мозга с субклеточным разрешением. В одном кубическом миллиметре серого вещества женского мозга обнаружено 57 тыс. клеток и 150 млн синапсов. Карта раскрыла детали всех хитросплетений нервной ткани во всём многообразии обнаруженных там клеток, среди которых нашлись неизвестные науке, что вывело изучение топологии мозга на новый уровень.



Источник изображения: Harvard and Google

Ещё в 2014 году женщине с диагнозом эпилепсия была сделана операция по удалению крошечного участка cortex cerebri — ткани серого вещества головного мозга, покрывающей оба полушария тонким слоем. Группа учёных из Гарвардского университета взялась восстановить как можно более точную объёмную карту образца. Для этого ткани насытили тяжёлыми металлами, которые связались с липидным слоем мембран нервных клеток и проявили их для считывания электронным микроскопом. Затем ткани напитали отвердевающим раствором и нарезали на пластинки толщиной по 34 нм, после чего начали сканирование и составление карты.

Объём сырых данных по 2D-срезам составил 1,4 Пбайт. Для обработки информации по сшиванию изображений в один 3D-объект учёные запросили помощи у компании Google. Последняя предоставила ресурсы на основе систем машинного обучения. Кроме этого, учёные вручную раскрашивали ткани в самых сложных случаях и проверяли точность работы модели. Для лучшей визуализации самые маленькие клетки окрасили в синий цвет, а самые больше — в красный. Клетки промежуточных размеров получили свои цвета из обычной спектральной палитры.

На выходе получилась самая подробная на сегодня интерактивная карта объёма ткани мозга человека с субклеточным разрешением. Она выложена в открытый доступ, чтобы любой научный коллектив мог использовать карту для собственных исследований. Карта проявила много удивительного и даже неожиданного. Например, учёные обнаружили расширения нервных клеток в виде яйцевидных клеток-отростков неизвестного назначения, которые раньше науке не были известны. Обнаружены также зеркальные по форме клетки и нейроны, опутавшие нервной тканью сами себя.

Изучение карты нервной ткани позволит прояснить топологию сети и работу её отдельных участков. Это важно не только для понимания работы мозга, что поможет лечить множество связанных с ним заболеваний, но также обещает оказать влияние на развитие технологий искусственного интеллекта. А развить их можно только понимая основы — работу человеческого мозга, которая пока полна загадок.

Источник: https://3dnews.ru/1109605/pervaya-s...azalas-polna-zagadok-i-obiliem-kletokurodtsev