Voor het eerst is het onderzoekers gelukt om functioneel, hersenachtig weefsel te kweken zonder dierlijke materialen of biologische coatings. Deze doorbraak opent de deur naar beter controleerbare, schaalbare en diervriendelijke testen voor neurologische aandoeningen.
Het langjarige doel van neuroweefsel-engineering is om modellen te creëren die de structuur en functie van het menselijk brein zo nauwkeurig mogelijk benaderen. Zulke modellen zijn cruciaal voor reproduceerbaar onderzoek naar neurologische ziekten en voor het testen van nieuwe geneesmiddelen.
Volgens projectleider en bio-engineer Iman Noshadi vormt het gebruik van dierlijke coatings een groot knelpunt: de samenstelling ervan is slecht gedefinieerd, wat betrouwbare, gestandaardiseerde testresultaten in de weg staat. Bovendien verschillen dierlijke hersenen, zoals die van muizen, genetisch en fysiologisch sterk van menselijke hersenen, waardoor ze geen ideale onderzoekspopulatie vormen. De nieuwe technologie sluit dan ook aan bij inspanningen van de Amerikaanse FDA om dierproeven in de geneesmiddelontwikkeling af te bouwen.
Synthetisch raamwerk maakt hersenactiviteit mogelijk
Het in Advanced Functional Materials beschreven materiaal functioneert als een stabiel raamwerk waarop donorhersencellen kunnen uitgroeien tot een netwerk dat lijkt op menselijk hersenweefsel. Het basismateriaal bestaat uit polyethyleenglycol (PEG), normaal gesproken ongeschikt voor celgroei. Door PEG te vormen tot een fijnmazige structuur met onderling verbonden poriën, creëerden de onderzoekers een matrix die cellen herkennen, koloniseren en gebruiken om functionele neurale netwerken op te bouwen.
Wanneer de cellen volgroeid zijn, kunnen ze donor specifieke neurale activiteit vertonen, wat direct inzicht biedt in medicijnreacties bij neurologische aandoeningen. De stabiliteit van de constructie zorgt bovendien voor langdurige, realistische studies.
Innovatieve productie en toekomstig potentieel
De poreuze structuur wordt gevormd via een nauwkeurig proces waarbij water, ethanol en PEG door geneste glazen capillairen stromen. Bij contact met een externe waterstroom scheiden de componenten zich, waarna een lichtflits de structuur fixeert. De open poriën zorgen voor optimale toevoer van zuurstof en voedingsstoffen. Dit is essentieel voor de groei en organisatie van stamcellen tot hersenachtige clusters.
Hoewel het huidige model slechts twee millimeter breed is, werkt het team aan opschaling en aan verwante toepassingen, waaronder een vergelijkbaar model voor leverweefsel. Hun langetermijnambitie is om een suite van onderling verbonden orgaanmodellen te ontwikkelen, waarmee interacties tussen verschillende lichaamssystemen bestudeerd kunnen worden.
Volgens Noshadi brengt zo’n geïntegreerd platform onderzoekers dichter bij een realistisch, mensgericht model van gezondheid en ziekte en daarmee bij effectievere, duurzamere innovaties in de zorg.
Hersenweefsel printen
Vorig jaar slaagden wetenschappers van de Universiteit van Wisconsin-Madison er voor het eerst in 3D-geprint hersenweefsel te ontwikkelen dat groeit en functioneert als menselijk hersenweefsel. Een doorbraak die nieuwe mogelijkheden bood voor het bestuderen van neurologische aandoeningen zoals Alzheimer en Parkinson. Met behulp van geavanceerde bioprinttechnologie printte het team stamcellen horizontaal in een gel, waardoor ze konden uitgroeien tot neurale netwerken die sterk lijken op die van het menselijke brein.
Volgens neurowetenschapper Su-Chun Zhang kan dit model een krachtig hulpmiddel worden om te begrijpen hoe hersencellen communiceren en hoe neurologische en psychiatrische ziekten ontstaan. Hoewel het model nog lang niet de volledige complexiteit van het menselijk brein benadert, maakt het wel nauwkeuriger onderzoek mogelijk naar ziekteprocessen en de effecten van nieuwe therapieën. De onderzoekers benadrukken dat de technologie nog in ontwikkeling is, maar dat 3D-geprint hersenweefsel een belangrijke stap betekent richting betere inzichten en toekomstige behandelingen.
