UW-Madison-Forschende drucken erstmals funktionelles menschliches Hirngewebe in 3D

Ein Team von Forschenden der University of Wisconsin-Madison hat das erste 3D-gedruckte Hirngewebe entwickelt, das wie typisches Hirngewebe wachsen und funktionieren kann.

Diese Errungenschaft eröffnet neue Perspektiven für die Erforschung des Gehirns und die Entwicklung von Behandlungen für neurologische und neurodevelopmentale Störungen wie Alzheimer und Parkinson.

Im Gegensatz zu früheren Methoden, die vertikale Schichtung nutzten, setzt das Forschungsteam auf einen horizontalen Ansatz. Sie verwenden eine weichere “Bio-Tinte” und platzieren Neuronen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtet wurden, nebeneinander.

“Dies könnte ein äußerst leistungsfähiges Modell sein, das uns hilft zu verstehen, wie Gehirnzellen und Teile des Gehirns beim Menschen kommunizieren”, sagt Su-Chun Zhang, Professor für Neurowissenschaften und Neurologie am Waisman Center der UW-Madison. “Es könnte die Art und Weise verändern, wie wir die Stammzellbiologie, die Neurowissenschaften und die Entstehung vieler neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen betrachten.”

Die gedruckten Zellen formen innerhalb der Schichten sowie über die Schichten hinweg Netzwerke, die menschlichen Gehirnen ähneln. Sie kommunizieren und interagieren durch Neurotransmitter.

“Wir haben die Großhirnrinde und das Striatum gedruckt, und was wir gefunden haben, war ziemlich beeindruckend”, sagt Zhang. “Selbst wenn wir verschiedene Zellen aus unterschiedlichen Teilen des Gehirns gedruckt haben, waren sie immer noch in der Lage, auf eine ganz besondere und spezifische Weise miteinander zu kommunizieren.”

Diese Präzision ermöglicht es, spezifische Zellinteraktionen zu studieren, beispielsweise bei Down-Syndrom oder Alzheimer. Die Technik könnte auch für die Testung neuer Medikamente oder zum Studium des Gehirnwachstums genutzt werden.

“Unser Labor ist insofern etwas ganz Besonderes, als wir so ziemlich jede Art von Neuronen jederzeit herstellen können. Dann können wir sie fast jederzeit und auf jede gewünschte Weise zusammensetzen”, sagt Zhang. “Da wir das Gewebe nach Plan drucken können, haben wir ein definiertes System, mit dem wir untersuchen können, wie unser menschliches Gehirnnetzwerk funktioniert. Wir können uns sehr genau ansehen, wie die Nervenzellen unter bestimmten Bedingungen miteinander kommunizieren, weil wir genau das drucken können, was wir wollen.”

“Im Moment ist unser Drucker ein kommerzieller Tischdrucker”, sagt Yan. “Wir können einige spezielle Verbesserungen vornehmen, damit wir bestimmte Arten von Hirngewebe auf Anfrage drucken können.

Das 3D-gedruckte Gehirngewebe der University of Wisconsin–Madison markiert einen bedeutenden Fortschritt in der neurologischen Forschung. Durch die Kombination von 3D-Drucktechnik und detaillierter Zellkulturmethodik bietet es eine neue Plattform für das Studium des menschlichen Gehirns. Dieser Ansatz könnte die Tür zu einem tieferen Verständnis neurologischer Krankheiten öffnen und die Entwicklung zielgerichteter Behandlungen beschleunigen.