AJU PRINTERIST ⟩ 3D printeriga trükitud ajukude töötabki nagu vaja ning võib ravida raskeid haigusi

USA teadlastel õnnestus oluline läbimurre - printida välja töötav ajukoore ja juttkeha kude, millega saab teha katseid neuroloogiliste haiguste ravi väljatöötamiseks. Tulevikus ehk õnnestub samasuguse meetodiga hakata ka inimese kahjustunud ajukude taastama. Pilt on illustreeriv. Foto: Pete Linforth / Pixabay

• Wisconsin–Madisoni ülikooli teadlastel õnnestus välja printida töötav ajukude.
• Leiutist saaks kasutada Parkinsoni ja Alžeimeri tõve ravimisel ning aju töötamise uurimisel.

Wisconsini-Madisoni ülikooli teadlaste meeskond on välja töötanud esimese 3D-prinditava ajukoe, mis võib kasvada ja toimida nagu mõni tüüpiline inimese aju osa. See on saavutus, millel on oluline mõju aju-uuringutele ning võib isegi kaasa aidata mõnede neuroloogiliste haiguste, nagu Alzheimeri ja Parkinsoni tõve ravimeetodite väljatöötamisel.

Ülikooli neuroteadlase Su-Chun Zhangi ja teise sama labori teadlase Yuanwei Yani sõnul on senised printimismeetodid ajukoega katsetades olnud vähem edukad, kuid uus lahendus jätab närvirakud ellu. Uue 3D-printimise protsessi taga olev töörühm kirjeldas oma täiustatud meetodit ka ajakirjas Cell Stem Cell.

Teadlased töötasid nimelt välja 3D-printimise platvormi, et koguda kommertsliku bioprinteri abil inimese närvirakkude kindlaksmääratud tüüpi kudesid soovitud suuruses.

Prinditud neuronaalsed eellasrakud eralduvad iseseisvateks neuroniteks ja moodustavad koekihtides närviahelaid, mis suudavad tagada neuronite omavahelise ühenduse. See protsess pole siiski väga kiire ja ootama peab nädalaid.

Trükitud eellasrakud arenevad väljatöötatud protsesside abil juhtides küpseteks astrotsüütideks ja moodustavad neuronite-astrotsüütide võrgustikke.

Valmis kasvatatud närvikoed on kasulikud inimese närvivõrkude ühenduste toimimise mõistmiseks, samuti patoloogiliste protsesside modelleerimiseks ja ravimite testimise platvormina, selgitatakse teadustöös.

Selline näeb välja prinditava ajukoe mudel. Väljatrükki saab hiljem kasutada nii katsete tegemiseks inimese aju toimimise uurimisel kui ka haigustele ravi väljatöötamiseks. Foto: teadustöö / Wisconsini-Madisoni ülikool

Prinditud koe mõõtmed on 3D-bioprintimise kavandamisel üks olulisemaid võtmetegureid. Hapniku difusioonipiir on selliste kudede puhul piiratud ligikaudu 100–200 mikromeetriga. Paksemad kihid piiravad hapniku ja toitainete ülekannet, kahjustades trükitud närvirakke ja nende kasvamist.

Teadlaste hinnangul oli ideaalne prinditud ajukoe paksus umbes 100–200 μm. Kuna arvestama pidi ka edasiste analüüside keerukusega, vähendati koe paksust veelgi 50 mikromeetrini. Lisaks konstrueeriti erinevalt traditsioonilistest koekihtide vertikaalse virnastamise viisidest kihid horisontaalselt üksteise kõrvale. Nii sai ehitada suhteliselt õhukese, kuid samuti mitmekihilise ja funktsionaalse närvikoe, millel on määratletud rakuline koostis ja soovitud mõõtmed.

Sellist koetükki saab juba tavalises laboris hõlpsasti hooldada ja analüüsida.

Pildil olevad närvivõrgud on 39 päeva vanad. Neid kasvatati fibriin-geelis, kus paratamatult osa rakke suri, kuid ellujäänutel õnnestus luua toimivad ühendused. Foto: teadustöö / Wisconsini-Madisoni ülikool

«Sellisel koel on endiselt piisavalt struktuuri, et end koos hoida, kuid see on samas ka piisavalt pehme, et võimaldada neuronitel üksteisega kokku kasvada ja omavahel nii-öelda rääkida,» ütles Zhang.

Üliõhuke ajukude on neuronite jaoks hõlpsaks kasvukeskkonnaks, kus leidub piisavalt hapnikku ja toitaineid.

Tulemused räägivadki enda eest, bioprinteri väljastatud rakud moodustasid ühendusi nii iga prinditud kihi sees kui ka kihtide vahel, luues üsna inimajuga võrreldavad võrgustikud. Neuronid suhtlevad, saadavad üksteisele signaale ning moodustavad isegi korralikke ühendatud ahelaid koos tugirakkudega, mis samuti lisati trükitud koele.

«Printisime välja ajukoore ja juttkeha osa ning see, mis välja tuli, oli üsna tähelepanuväärne,» lisab Zhang. Seega mõned olulised aju osad on juba 3D printeriga üsna edukalt välja prinditavad.

Ehkki inimese aju asendamiseks pole ilmselt veel praegu printerist kasu, usuvad katse läbi viinud teadlased, et loodud tehiskoed on siiski neuroteadlaste jaoks vägagi olulise tähtsusega.

Prinditud kudet saab näiteks kasutada Downi sündroomiga aju rakkude vahelise signaaliülekande uurimiseks, tervete kudede ja Alzheimeri tõvest mõjutatud naaberkudede koostoimete uurimiseks, uute ravimikandidaatide testimiseks või isegi aju kasvu jälgimiseks.

Samas on ilmselt võimalik edaspidi kaugemas tulevikus hakata taastama ka hävinud või kahjustatud ajukudesid. 3D printimise tehnoloogia teeb vähemalt sellele võimalusele otsa lahti, ehkki praegu keskendutakse pigem uurimisvahendi loomisele neuroteadlaste ja ravimitööstuse jaoks.