3D打印在過去聽起來像天方夜潭，但現在3D打印心臟支架，替代骨骼等已經有了臨床上的應用， 為我們帶來很多以前難以想象的驚喜。通常認為只有相對硬一些的材料可被3D打印出來，而大腦、肺等軟組織，很難通過3D打印技術獲得。是因為3D打印過程通常涉及逐層建造物體，下層需要能支撐不斷增長的結構重量，打印非常柔軟的材料，容易出現底層材料崩塌問題。但是近年來，3D打印技術已經開始逐漸應用到神經外科的臨床工作中，并有了較為成功的嘗試，有望為神經疾病研究帶來巨大挈機！

2024年2月1日，來自美國威斯康星大學的研究人員在Cell Stem Cell發表了關于3D打印腦組織方面的研究，并成功研發出能夠生長并且可發揮功能的人造腦組織，該研究標志著人們在神經和神經發育障礙研究領域邁出了非常關鍵的一步！

1. 采用先進的 3D 打印技術打印人類神經組織

傳統的 3D 打印方法往往限制了對細胞類型的控制，在打印腦組織方面一直沒有取得突破。本研究中，科學家們采用了全新的三維打印技術，其關鍵特色在于采用「水平層疊法」使腦細胞（由誘導性多能干細胞分化而來）能夠更好地相互連接和溝通。此外，他們也開發出了更柔軟的「生物墨水」從而為神經元生長和相互交流提供了更好的環境條件。此外，他們還通過「細胞精細排列」方法使細胞并排放置，使得它們能夠充分獲取氧氣和營養。

2. 神經元亞型在 3D 打印組織中形成功能網絡

在打印后第 15 天，科學家們發現打印的皮質和紋狀體神經元保持良好。打印后第 60 天，他們通過對人類多能干細胞（hPSC）打印的組織進行檢查，發現皮質神經元成功表達皮質轉錄因子 TBR1、CTIP2 和 SATB2，同時還觀察到 γ-氨基丁酸（GABA）亞型。表明 3D 打印的大腦能夠形成網絡并通過神經遞質進行溝通，類似于人類大腦的交流方式。此外，打印出的神經元能夠相互溝通、發送信號、通過神經遞質相互作用，且細胞也可以跨越打印層相互連接，形成與人類大腦相似的網絡。

3. 3D 打印的人類神經組織適合模擬病理過程

為了進一步評估上述 3D 打印組織是否適合于檢查病理過程，科學家們還以亞歷山大病（AxD，一種由 GFAP 基因突變引起的神經退行性疾病）為例，在功能水平上評估了 3D 打印中的神經元-星形膠質細胞的相互作用。發現在打印后第 20 天，打印的 AxD 組織顯示出比對照組更低的谷氨酸轉運體 1（GLT-1）表達水平。打印后的第 30 天，MAP2+神經元和 GFAP+星形膠質細胞表現出復雜形態，并且具有突觸蛋白表達和精細的活動過程。

總的來說，該研究成功打印出能生長并發揮功能的人造腦組織，通過水平層疊法和更柔軟的生物墨水使神經元能夠相互連接并形成類似于人類大腦結構的神經網絡，從而為神經和神經發育障礙研究提供了強有力的新工具，為研究大腦功能和疾病提供了從來未有的機會，同時也為探究大腦發育以及阿爾茨海默病和帕金森并等神經疾病研究開拓了新的途徑！

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