Neurale netwerken gecreëerd in het laboratorium met 3D-bioprinting: de revolutionaire studie

door Janine

09 November 2023

Een van de meest innovatieve onderzoeksgebieden is ongetwijfeld die van de neurowetenschappen, vooral vanwege de rol in de ontwikkeling van behandelingen voor aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer en depressie. Wetenschappers hebben lange tijd geprobeerd de complexe neurale omgeving van de hersenen in het laboratorium te repliceren, maar zonder succes. Toch lijkt een recente studie een grote stap voorwaarts te hebben gemaakt dankzij 3D-bioprinting, een technologie die de creatie van neurale netwerken in drie dimensies mogelijk heeft gemaakt. Laten we eens kijken wat het betekent en wat het belang van dit onderzoek is voor de neurowetenschap.

Wat is 3D-bioprinting en hoe werkt het?

Freepik

Kortom, 3D-bioprinten is een bijzondere driedimensionale printtechniek waarbij echter levende cellen betrokken zijn, en die onderzoekers hebben gebruikt om neurale structuren in het laboratorium te repliceren. Aan de basis van het onderzoek, uitgevoerd door de Monash University in Australië, ligt het concept van bio-inkt, een fundamenteel onderdeel van 3D-bioprinten. Bioinkt is in feite een stof met daarin cellen gesuspendeerd in hydrogel, waarmee vervolgens driedimensionale structuren kunnen worden opgebouwd.

Het werken met neuronen, hoe dan ook gesuspendeerd in de hydrogel, vormt een aanzienlijke uitdaging. Daarom moet de bio-inkt fysische en chemische eigenschappen hebben die niet alleen het printen mogelijk maken, maar ook het behoud van de structuur in drie dimensies mogelijk maken. Bovendien moet het, zoals de onderzoekers rapporteren:

• delicaat genoeg zijn om de cellen niet te beschadigen;
• interactie met cellen mogelijk maken;
• een lage elasticiteitsmodulus hebben, het moet in principe zacht en niet te stijf zijn.

Door een bio-inkt te ontwikkelen die aan deze eisen voldoet, konden de onderzoekers driedimensionale neurale netwerken creëren die het gedrag van menselijke zenuwcellen nabootsen.

Neurale netwerken geprint in drie dimensies: wat zijn de voordelen?

Freepik

Naast een potentieel revolutionaire doorbraak in neurowetenschappelijk onderzoek, bieden 3D-neurale netwerken geprint met bio-inkt ook verschillende voordelen:

• Studie van neurologische ziekten. Met deze technologie kunnen we effectief ziekten bestuderen die de neurale transmissie beïnvloeden, zoals de ziekte van Alzheimer en multiple sclerose. Het vermogen om neurale netwerken getrouw te repliceren is in feite van fundamenteel belang voor het begrijpen van deze omstandigheden.
• Gepersonaliseerde geneeskunde. Het zou mogelijk zijn om de neurale netwerken van individuele patiënten te repliceren, wat zou leiden tot de ontwikkeling van specifieke behandelingen voor elk individu.
• Ontwikkeling van nieuwe medicijnen. Neurale netwerken verkregen met 3D-bioprinting kunnen dienen als waardevolle hulpmiddelen bij de ontwikkeling en het testen van nieuwe medicijnen voor aandoeningen die verband houden met het zenuwstelsel.
• Toepassingen in de bio-elektronica. De nieuwe technologie zou effectievere implanteerbare medische apparaten en geavanceerde hersen-computerinterfaces mogelijk kunnen maken.

De volgende stappen in het onderzoek naar neurale netwerken verkregen met driedimensionale bioprinting zullen de uitbreiding en complexiteit van neurale structuren zijn. Op deze manier zal het mogelijk zijn om niet alleen de netwerken te imiteren, maar ook de functies van verschillende delen van het menselijk brein. Uiteraard bevindt het project zich nog in de beginfase van de ontwikkeling, maar toch zijn de mogelijke toepassingen al in de echte wereld te zien.

Niet alleen neurale netwerken: bioprinting van de menselijke huid

Freepik

Bovendien is het onderzoek naar 3D-neurale netwerken niet het enige dat zich bezighoudt met het driedimensionaal bioprinten van delen van het menselijk lichaam voor medische doeleinden. In het bijzonder hebben onderzoekers van de Miguel Hernandez de Elche Universiteit een onderzoek uitgevoerd naar de 3D-bioprinting van de menselijke huid. De studie concentreerde zich op het verband tussen de huid en het zenuwstelsel, met als doel de moleculaire processen te begrijpen die verband houden met sensorische pathologieën, zoals psoriasis. 3D-geprinte huid vertegenwoordigt daarom een ​​model waarmee we huidziekten beter kunnen begrijpen, effectievere therapieën kunnen ontwikkelen en, vanuit ethisch oogpunt, dierproeven kunnen verminderen. Uiteindelijk opent innovatie nieuwe deuren voor de wetenschap en de geneeskunde: 3D-bioprinten is daar één van, en we zullen er in de toekomst nog veel meer over horen.