Вчені створили 3D-модель мозку для вивчення нейронних мереж

Вчені Делфтського технічного університету в Нідерландах розробили 3D-друкарську модель мозку, яка дозволяє нейронам зростати і формувати мережі, подібно до того, як це відбувається в реальному мозку. Ця розробка використовує крихітні наностовпи для імітації м’якої нервової тканини та волокон позаклітинного матриксу мозку.

Традиційні чашки Петрі, що використовуються для вирощування клітин, плоскі та жорсткі, що не відповідає м’якому, волокнистому середовищу мозку. Команда створила масиви наностовпів за допомогою двофотонної полімеризації – методу 3D-друку з наноточністю. Ці стовпчики, кожен з яких у тисячу разів тонший за людське волосся, розташовані як крихітні ліси на поверхні.

Змінюючи ширину і висоту стовпчиків, дослідники налаштували їхній ефективний модуль зсуву, механічну властивість, яку відчувають клітини при переміщенні по поверхні мікро- або наноструктур. «Це обманює нейрони, змушуючи їх «думати», що вони знаходяться в м’якому, схожому на мозок середовищі, хоча сам матеріал наностовпчиків жорсткий», — пояснює керівник дослідження доцент Анджело Аккардо.

Для перевірки моделі вчені виростили три різні типи нейронних клітин на наностолбіках. На відміну від традиційних плоских чашок Петрі, де нейрони росли у випадкових напрямках, на 3D-друкованих масивах наностовпчиків усі три типи клітин зростали організованіше, формуючи мережі під певними кутами. Дослідження також виявило нові дані про конуси зростання нейронів – структури, що спрямовують нейрони, що ростуть, при пошуку нових сполук. На наностолбіках конуси зростання спрямовували довгі відростки у всіх напрямках, що більше нагадує процеси у реальному мозку.

Георг Фламуракіс, перший автор дослідження, зазначає, що створене середовище сприяло дозріванню нейронів. Нейронні клітини-попередники, вирощені на стовпчиках, показали вищий рівень маркера зрілих нейронів проти клітинами на плоских поверхнях. Розроблена модель може запропонувати нові можливості для вивчення відмінностей між здоровими нейронними мережами та мережами, пов’язаними з неврологічними розладами, такими як хвороба Альцгеймера, Паркінсона та розлади аутистичного спектру.