위스콘신 대학교 매디슨(University of Wisconsin-Madison)의 과학자들은 자연 뇌 조직과 유사한 기능을 나타내는 최초의 3D 프린팅 뇌 유기체를 만들어 획기적인 발전을 이루었다고 주장한다. 수석 저자인 Su-Chun Zhang은 줄기 세포에서 개발된 이러한 오가노이드가 뉴런 간의 통신, 신호 전달, 신경 전달 물질을 통한 상호 작용 및 인쇄된 조직 내 지지 세포와의 네트워크 형성을 보여준다고 설명한다.

뇌 유기체를 만드는 데 있어 문제는 줄기세포가 3차원 조직으로 자가 조립될 때 최종 구조에 대한 제한된 제어에 있다. 이러한 통제력 부족으로 인해 연구자들은 연구에 가장 적합한 뇌 유기체를 설계하는 데 방해가 됩니다. 일부에서는 3D 바이오프린팅을 시도했지만 세포가 채워진 부드러운 "잉크"를 제자리에 유지하고 자연적인 세포 연결을 방해하는 더 단단한 물질이나 비계의 사용을 방지하는 문제가 있다.

이번 연구에서 UWM 팀은 다른 접근 방식을 채택했다. 그들은 줄기세포를 유도하여 다양한 뇌 세포 유형을 발달시켰고, 이러한 세포를 하이드로겔과 혼합하여 인쇄 가능한 "바이오잉크"를 만들었다. 전통적인 수직 레이어 스태킹과 달리 팀은 바이오잉크 스트립을 서로 옆에 배치하는 수평 접근방식을 선택했다. 3D 프린팅된 뇌 유기체의 높이는 50마이크로미터에 불과했지만, 이러한 얇음으로 인해 뉴런에 최적의 산소 노출이 가능해졌다. 수평 배열은 서로 다른 층의 서로 다른 세포 유형 간의 자연스러운 연결 형성을 촉진하여 자연 뇌 조직에서 발견되는 네트워크를 모방한다.

수석 저자인 Su-Chun Zhang은 줄기 세포 생물학, 신경 과학, 신경 및 정신 질환에 대한 이해를 향상시킬 수 있는 모델의 잠재력에 대해 낙관론을 표명했다. 팀은 잠재적으로 바이오잉크 조정을 통해 3D 프린팅된 뇌 유기체의 세포 방향에 대한 더 큰 제어를 모색하여 기술을 개선할 계획이다. 상업용 바이오프린터 및 표준 이미징 기술과의 호환성을 고려할 때 이 기술은 다양한 연구 노력에서 다른 실험실에서 채택될 가능성이 있다.

작성자: Impact Lab