Elektrisierende Forschung: Wissenschaftler drucken erfolgreich ein aktives neuronales Netzwerk in 3D!
Die Wissenschaftler messen die elektrische Aktivität in einem künstlich hergestellten neuronalen Netz, das aus "Biotinten" aus lebendem zellulärem Material und nicht lebendem strukturellem Trägermaterial besteht.
Forscher der Monash University Engineering, Australien, haben mithilfe von "Biotinten" 3D-gedruckte neuronale Netzwerke erzeugt, die unter kontrollierten Laborbedingungen wachsen, übertragen und auf Nervensignale reagieren können.
Die Biotinten bestehen aus lebenden Nervenzellen (Neuronen) und einem Gerüstmaterial, das das biologische Material trägt. Den Forschern ist es gelungen, die anatomische Konfiguration der grauen und weißen Substanz des menschlichen Gehirns nachzuahmen.
Die Studie regt die weitere Erforschung der Auswirkungen von Nervenkrankheiten, Medikamententests und möglicherweise die Regeneration von Nervenzellen an. Die Forschungsergebnisse wurden in Advanced Healthcare Materials veröffentlicht.
Arten von Gehirnzellen
Das biologische Material der Studie umfasste Astrozyten und kortikale Neuronen aus den Gehirnen von Ratten. Astrozyten sind eine Art Gliazellen, die strukturelle Unterstützung bieten, sie managen die Nährstoffversorgung, den Blutfluss, den Neurotransmitterspiegel und das Ionengleichgewicht im Gehirn.
Kortikale Neuronen hingegen sind hoch entwickelte Gehirnzellen, die in der Großhirnrinde zu finden sind und für die fortgeschrittene kognitive Verarbeitung, Emotionen, sensorische Verarbeitung, motorische Kontrolle und Verhalten zuständig sind.
Sie unterstützen das Nervensystem bei der Verarbeitung und Übermittlung von Informationen durch die Übertragung von elektrischen und chemischen Signalen. Kortikale Neuronen übernehmen die Informationsverarbeitung, während Astrozyten dafür sorgen, dass die Mikroumgebung des Gehirns für eine optimale neuronale Aktivität günstig ist.
Graue und weiße Substanz
Die graue Substanz enthält eine hohe Konzentration an neuronalen Zellkörpern und ist für die Verarbeitung von Informationen verantwortlich. Die graue Substanz enthält auch Dendriten, das sind Finger oder baumartige Fortsätze, die mit den benachbarten Neuronen interagieren und kommunizieren.
Die weiße Substanz besteht hauptsächlich aus myelinisierten Axonen oder Nervenfasern, die die Neuronen zu Funktionskreisen verbinden. Der Begriff "myelinisiert" bedeutet, dass der Nerv mit einer isolierenden Schicht aus Fettstoffen und Eiweiß überzogen ist. Die weiße Substanz ist für die Kommunikation verantwortlich und die isolierende Schicht um die Nervenfasern trägt zur effektiven elektrischen Signalübertragung bei.
Die Forscher fanden heraus, dass Neuronen in der entwickelten grauen Substanz aktiv durch das Gewebe der weißen Substanz wuchsen und es als Schnittstelle zur Kommunikation mit anderen Neuronen in anderen Schichten nutzten.
Elektrisierende Ergebnisse
Im Rahmen der Studie wurden empfindliche elektrophysiologische Messungen durchgeführt, um spontane nervenähnliche Aktivität in 3D-Neuronennetzen zu bestätigen und Reaktionen auf elektrische und pharmakologische Aktivierung hervorzurufen. Die Detektion von elektrischer Aktivität stellt eine bedeutende Entwicklung sowohl in den Neurowissenschaften als auch im Bioprinting dar.
Biologisch gedruckte 3D-Gehirnstrukturen zeigen Potenzial als Plattform für die Untersuchung der Bildung von Neuronen und Netzwerken, die Untersuchung der Auswirkungen von Krankheiten auf die Neurotransmission und die Evaluierung pharmakologischer Wirkungen auf Neuronen und das Nervensystem.