麦迪逊-威斯康星大学麦迪逊分校的科学家团队已经开发出第一个3d打印的脑组织，可以像典型的脑组织一样生长和功能。这一成就对研究大脑的科学家以及致力于治疗广泛的神经和神经发育障碍(如阿尔茨海默氏症和帕金森病)的科学家具有重要意义。

威斯康星大学麦迪逊分校魏斯曼中心的神经科学和神经学教授张素春（Su-Chun Zhang）说:“这将是一个非常强大的模型，可以帮助我们了解人类脑细胞和大脑部分是如何交流的。这可能会改变我们对干细胞生物学、神经科学以及许多神经和精神疾病发病机制的看法。”Zhang实验室的Yuanwei Yan指出，之前的打印方法限制了打印脑组织的成功。为此他们开发这种新型3D打印技术，相关内容发布在今天的《细胞干细胞》杂志上。研究人员没有使用传统的3D打印方法垂直堆叠，而是水平堆叠。他们将从诱导多能干细胞中培养出来的脑细胞置于一种比之前尝试使用的更柔软的“生物墨水”凝胶中。Zhang说:“这些组织仍然有足够的结构来连接在一起，但它足够柔软，可以让神经元彼此生长，并开始相互交流。”这些细胞挨个排列，就像桌面上的铅笔挨个排列一样。

“我们的组织保持相对较薄，这使得神经元更容易从生长介质中获得足够的氧气和足够的营养，”Yan说。

结果不言自明——也就是说，细胞之间可以相互交流。打印的细胞通过介质在每个打印层内部和层之间形成连接，形成与人类大脑相当的网络。神经元通过神经递质进行交流、发送信号、相互作用，甚至与添加到打印组织中的支持细胞形成适当的网络。“我们打印了大脑皮层和纹状体，我们的发现非常惊人，即使我们打印了属于大脑不同部位的不同细胞，它们仍然能够以一种非常特殊和特定的方式相互交流。”这种打印技术可以精确地控制细胞的类型和排列，这在大脑类器官(用于研究大脑的微型器官)中是没有的。类器官的生长缺乏组织和控制。

“我们的实验室非常特别，因为我们能够在任何时间产生几乎任何类型的神经元。然后我们几乎可以在任何时候以我们喜欢的任何方式将它们拼接起来。因为我们可以按照设计打印组织，我们可以有一个明确的系统来观察我们的人类大脑网络是如何运作的。我们可以非常具体地观察神经细胞在特定条件下是如何相互交流的，因为我们可以打印出我们想要的东西。”

这种特殊性提供了灵活性。打印的脑组织可用于研究唐氏综合症患者细胞间的信号传导，受阿尔茨海默氏症影响的健康组织和邻近组织之间的相互作用，测试新的候选药物，甚至观察大脑的生长。“过去，我们经常一次只看一件事，这意味着我们经常错过一些关键的组成部分。我们的大脑在网络中运作。我们想用这种方式打印脑组织，因为细胞不能自己运作。他们互相交谈。这就是我们大脑的工作方式，必须像这样一起研究才能真正理解它，我们的脑组织可以用来研究韦斯曼中心许多人正在研究的几乎每一个主要方面。它可以用来研究大脑发育、人类发育、发育障碍、神经退行性疾病等潜在的分子机制。”

这种新的印刷技术也应该为许多实验室所采用。它不需要特殊的生物打印设备或培养方法来保持组织健康，并且可以使用显微镜，标准成像技术和该领域已经常见的电极进行深入研究。

然而，研究人员想要探索专业化的潜力，进一步改进他们的生物墨水和改进他们的设备，以便在他们的打印组织中实现细胞的特定方向。

“现在，我们的打印机是台式商业化的，”Yan说。“我们可以做一些专门的改进，以帮助我们按需打印特定类型的脑组织。”

作者简介：

张素春教授于1989年在原上海医科大学获得硕士学位，并留校工作，1992年赴美国留学，1996年获得加拿大萨斯卡其温大学生物学博士学位。后受聘于美国威斯康星大学，主要从事神经干细胞生物学和脑移植研究，在国际上首次利用人胚干细胞诱导出神经干细胞与运动神经元。

2002 年获美国迈迪逊市（Madison）最佳科学家奖。2005 年为美国国会关于干细胞研究听证会证人。2006 年主编Human Embryonic Stem Cells。2007 年Panelist, NIH Blueprint on Neuroscience Research Workshop. 2008 年Consultant to F.D.A. on Biologics Evaluation and Research、 Royan International Award for Stem Cell Research。

研究方向:胚胎干细胞。