Forscher drucken Netzwerke lebender Nervenzellen in 3D
Die Welt des 3D-Drucks steht niemals still und regelmäßig werden wir von neuen Forschungsergebnissen beeindruckt. Diesmal ist es der Bereich der Neurowissenschaften, in dem diese Technologie einen großen Schritt nach vorne gemacht hat. Forscher der Monash-Universität in Melbourne haben eine 3D-Drucktechnik entwickelt, mit der sie dreidimensionale Nervennetzwerke mithilfe von Biotinten mit lebenden Nervenzellen, in diesem Fall mit Rattengehirnzellen, erstellen können. Diese dreidimensionalen Strukturen imitieren auf außergewöhnliche Weise die komplexen Verbindungen, die im menschlichen Gehirn zu finden sind.
Dieser Fortschritt bietet Möglichkeiten, neurologische Störungen zu erforschen, die Wirksamkeit von Medikamenten zu bewerten und unser Verständnis der Funktionsweise unseres Nervensystems zu vertiefen. Durch Tissue Engineering in Verbindung mit Bioprinting gelang es den Wissenschaftlern, die Konfiguration der grauen und weißen Substanz, die im Gehirn zu beobachten ist, nachzubilden. Dieser Ansatz beinhaltete die Verwendung von zwei verschiedenen Arten von Biotinten, von denen eine lebende Zellen enthält und die andere aus nicht-zellulären Materialien besteht. Der Drucker beginnt seine Arbeit, indem er zellhaltige Schichten mit zellfreien Schichten übereinander legt. Dieser Vorgang ahmt die Art und Weise nach, wie das Gehirn zwischen seiner weißen und grauen Substanz wechselt. In regelmäßigen Abständen werden außerdem spezielle Elektroden eingefügt, die das Wachstum des neuronalen Netzwerks anregen und dessen Aktivität aufzeichnen.
Die 3D-gedruckten Nervennetzwerke könnten auch zu medizinischen Forschungen herangezogen werden und Tierversuche ersetzen.
Laut Professor John Forsythe, dem Leiter der Studie am Department of Materials Science and Engineering, wurden 2D-Nervenzellkulturen bereits eingesetzt, um die Bildung von Nervennetzwerken und Krankheitsmechanismen zu erforschen. Diese relativ flachen Strukturen sind jedoch nicht in der Lage, die dreidimensionale Komplexität zu reproduzieren, die Nervengewebe wirklich auszeichnet.
Professor Forsythe erklärt: „Die in dieser Studie entwickelten 3D-gedruckten Zellnetzwerke bilden die 3D-Natur der Schaltkreise in einem lebenden Gehirn genau nach, wo die Nervenzellen Fortsätze, sogenannte Neuriten, aussenden, um Verbindungen zwischen den verschiedenen Schichten der Hirnrinde herzustellen. Wir stellten fest, dass die Projektionen der Neuronen in der Schicht, die wir zur Darstellung der grauen Materie druckten, sich ungehindert durch die Schicht, die wir als weiße Materie darstellten, entwickelten und als eine Art schnelles Kommunikationsnetzwerk mit anderen Neuronen in verschiedenen Teilen fungierten. Insgesamt gelang es uns, eine Organisation nachzubilden, die der in den Hirnarealen beobachteten grundsätzlich ähnlich ist. Darüber hinaus stellten wir fest, dass das Verhalten und die Funktionsweise der Neuronen erstaunlich übereinstimmten.“
Die Studie mit dem Titel „3D Functional Neuronal Networks in Free-Standing Bioprinted Hydrogel Constructs“ zeigt, dass 3D-gedruckte Netzwerke aus lebenden Nervenzellen wahrscheinlich eine vielversprechende Plattform darstellen werden, um zu untersuchen, wie sich Nerven und Nervennetzwerke bilden und entwickeln. Darüber hinaus bietet dies eine Forschungsmöglichkeit bei der Untersuchung der Auswirkungen bestimmter Krankheiten auf die Neurotransmission sowie bei der Bewertung von Medikamenten auf Nervenzellen und das Nervensystem.
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*Bildnachweise: Freepik
