“뉴런은 통신하고, 신호를 보내고, 신경 전달 물질을 통해 서로 상호 작용하고 심지어 인쇄된 조직에 추가된 지지 세포와 적절한 네트워크를 형성하기도 한다.”라고 수석 저자인 장 수춘(Su-Chun Zhang)이 말했다.

과제: 적절한 조건에서 줄기 세포는 인간 두뇌의 특징을 모방하는 작은 3차원 조직으로 자가 조립된다. 이러한 "뇌 유기체"는 약물 테스트, 질병 연구 등에 사용될 수 있다.

뇌 유기체는 자가 조립되기 때문에 연구자들은 최종 구조에 대해 많은 통제권을 갖고 있지 않으며, 그들의 미니 뇌는 연구에 가장 적합한 디자인으로 성장하지 못할 수도 있다.

일부 과학자들은 오가노이드에서 뇌 세포의 위치와 유형을 더 잘 제어하기 위해 3D 바이오프린팅을 사용해 보았지만 세포가 채워진 부드러운 "잉크"를 제자리에 유지하는 것은 어려운 일이며 더 단단한 물질이나 비계를 사용하면 뇌 세포의 손상을 방지할 수 있다. 세포가 서로 자연스럽게 연결되는 것을 방지한다.

3D 프린팅된 뇌 유기체: UWM 팀은 연구를 위해 다른 접근 방식을 취했으며, 이는 Cell Stem Cell 저널에 게재되었다.

먼저 그들은 줄기세포를 유도하여 다양한 유형의 뇌세포로 발전하기 시작했다. 이러한 서로 다른 세포를 하이드로겔과 혼합하여 인쇄 가능한 "바이오잉크"를 만들었다.

UWM 팀은 전통적인 3D프린팅 접근 방식인 레이어를 수직으로 쌓는 대신 수평으로 배치하여 바이오잉크 스트립을 서로 옆에 배치했다. 이는 3D프린팅된 뇌 유기체의 "키"가 50마이크로미터에 불과하다는 것을 의미하지만, 그 얇음으로 인해 뉴런이 필요한 산소를 얻을 수 있었다.

바라던 대로, 이 접근법은 또한 미니 뇌의 세포들 사이에 자연스러운 연결을 형성하게 했다. 즉, 서로 다른 층의 서로 다른 세포 유형이 서로 신호를 보낼 수 있었고, 그들은 자연 뇌 조직에서 볼 수 있는 것과 유사한 네트워크를 형성했다.

"조직은 여전히 서로 결합할 수 있을 만큼 충분한 구조를 가지고 있지만 뉴런이 서로 자라서 서로 대화를 시작할 수 있을 만큼 충분히 부드럽다... 우리가 뇌의 다른 부분에 속하는 다른 세포를 인쇄하더라도 그들은 여전히 ​​능력이 있었다. 매우 특별하고 구체적인 방식으로 서로 대화를 나눈다.”라고 장은 말했다.

앞으로 전망: 연구원들은 바이오잉크를 변경하여 3D 프린팅된 뇌 유기체의 세포 방향을 더욱 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 찾아 기술을 계속 개선할 계획이다.

그들은 특별한 장비가 필요하지 않다는 점을 고려하여 다른 실험실에서 자체 연구를 위해 기술을 채택할 수 있기를 희망한다. 그들은 연구를 위해 상업용 바이오프린터와 표준 이미징 기술을 사용했다.

"이것은 인간의 뇌 세포와 뇌의 일부가 어떻게 소통하는지 이해하는 데 도움이 되는 매우 강력한 모델이 될 수 있다."라고 장은 말한다. "이것은 줄기 세포 생물학, 신경 과학, 그리고 많은 신경 및 정신 질환의 병인을 보는 방식을 바꿀 수 있다."