Hjernen er et av de viktigste vevene i kroppen, men det er svært vanskelig å studere hos levende mennesker. Mens laboratorielagde hjerner kan huske skrekkfilmskurker, biokonstruerte Tufts University-forskere en hjernelignende funksjonell gelmodell som etterligner responsene til ekte levende hjerner for første gang. En funksjonell 3D-hjernevevsmodell bringer forskere nærmere å forstå hva som skjer i vår grå materie.
I en studie publisert i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), Tufts-forskere rapporterer at hjernemodellen deres reagerer på samme måte som den elektriske og kjemiske stimuleringen av en levende menneskelig hjerne. 3D-hjernen kan også vare i flere måneder, en mye lengre holdbarhet enn tidligere modeller.
Modellen består av ekstracellulær matrise (ECM) gel, silke stillas og hjerneceller kalt nevroner. Selv om designet er grunnleggende, gir det en solid blåkopi for mer komplekse hjernefunksjoner.
Ta en omvisning i den sunne menneskelige hjernen»
«Basert på arkitekturen og funksjonene til hjernen, forsøkte vi å etterligne eller etterligne disse egenskapene i design, celler og biomaterialsystemet,» sa seniorforfatter David Kaplan, professor og leder av ingeniøravdelingen. Biomedical av Tufts, i en e-post til Healthline.
Han er i live – Mer eller mindre
For å utvikle modellen så forskerne på mange forskjellige typer geler og svamper, i kombinasjon og på egen hånd. «Vi så på gelene alene, svampene alene og varianter av hver, samt hvordan kombinasjonssystemet vi fant fungerte best,» sa Kaplan.
For disse forskerne er ikke produksjon av menneskelig vev en ny prosess. «Alt dette emulerte fra våre langvarige studier av biomaterialdesign for å fange strukturen, morfologien, kjemien og mekanikken som kreves for å møte behovene til celle- og vevskultur i 3D,» sa Kaplan.
Det resulterende 3D hjernelignende vevet består av silkeproteinbasert stillas, ECM-kompositt og kortikale nevroner, cellene som utgjør det som vanligvis er kjent som hjernegrå substans. «For hjernesystemet var vi ikke sikre på hvor godt tilkoblingen ville dannes og hvor godt funksjonene ville vise seg, men disse viste seg bra på grunn av biomaterialdesignene og den generelle systemintegrasjonen,» sa Kaplan.
Forskerne testet først hjernevevets respons på elektrisk stimulering. Deretter observerte de virkningen av å slippe en vekt på modellen, simulere en traumatisk hjerneskade (TBI). Som en ekte hjerne, frigjorde modellen glutamat, et kjemikalie som er kjent for å samle seg etter en hodeskade.
Relaterte nyheter: Berkeley-forskere utvikler nødmedisiner for hjerneskade «
Fremtidens hjerner
Fremtidige tester av hjernemodellen kan undersøke effekten av rusmidler på hjernen, så vel som andre typer traumer. 3D-modellen kan også brukes til å utforske hjernedysfunksjon.
«Vi tror det har et stort potensiale innen mange områder av hjerneforskning, inkludert studier på medikamenter, hjernedysfunksjon, traumer og reparasjon, innvirkningen av ernæring eller toksikologi på tilstanden og funksjonene til sykdommen, etc.sa Kaplan.
Som med alle modeller, kan denne gelélignende hjernen dra nytte av ytterligere justeringer.
«Vi ser mange retninger å gå med dette, basert på det vi har gjort som utgangspunkt,» sa Kaplan. Endringene kan inkludere å legge til mer kompleksitet for å bedre etterligne hjernefunksjon og utvide modellens holdbarhet til seks måneder for å studere sakte utviklende nevrologiske sykdommer som Alzheimers.
Lær mer: Du kan redusere risikoen for Alzheimers gjennom kostholdet ditt? «