Если вам нравятся странные технические приемы, теперь можно использовать 3D-принтер, чтобы сделать пластиковую копию собственного мозга. Вы просто делаете МРТ головы, а затем прогоняете данные через программу под названием FreeSurfer. Программное обеспечение создает трехмерную карту поверхности коры головного мозга, которую можно использовать для изготовления модели. Но что, если вы хотите сделать настоящую копию своего мозга из плоти и крови?
Скоро это станет возможным благодаря 3D-биопечати, при которой 3D-принтер наносит последовательные слои выращенных в лаборатории клеток человека и использует их для создания кусочка ткани или даже целого органа. И хотя никто пока не близок к дублированию настоящего функционального мозга, недавний прорыв в области биопечати, сделанный исследователями из Университета Карнеги-Меллона, может немного приблизить нас к этому.
" Представьте себе форму для желе - она вся трясется." -Prof. Адам Файнберг о сложности печати живой мозговой ткани
Доцент CMU и исследователь в области биоинженерии Адам Фейнберг говорит, что недавно разработанный процесс позволяет 3D-принтерам работать с чрезвычайно мягкими материалами, такими как серое вещество человека, и наносить слои, которые остаются стабильными.
«3D-принтеры существуют уже много лет, но они в значительной степени печатают жесткие материалы - металлы, керамику и полимеры, которые плавятся в течение короткой секунды, а затем снова затвердевают», - говорит он. «Но печать мягкими материалами, такими как наши собственные салфетки, была проблемой. Когда вы наносите слой, трудно удерживать слой под ним стабильным. Представьте себе форму для желе: все это покачивается. пытаясь построить сложную биологическую структуру, это сложно, потому что она становится менее стабильной."
Остановить колебание
Чтобы решить эту дилемму, Фейнберг и его коллеги придумали, как обрабатывать белки с помощью специального процесса, который проталкивает их глубоко в укромные уголки и закоулки подстилающей поверхности, образуя прочную адгезионную связь.
Файнберг представил технологию на недавней конференции CMU GEM4, семинаре, посвященном некоторым из последних разработок на стыке медицины и биоинженерных технологий. На одном из занятий участники научились накладывать слои коллагенового геля, чтобы создать смоделированный мозг с такой же геометрией и механическими свойствами, такими как прочность, твердость и способность растягиваться или деформироваться, как у настоящего.
Такие сверхреалистичные модели, по словам Фейнберга, могут быть очень полезны для исследователей, которые пытаются больше узнать о повреждениях, вызванных черепно-мозговыми травмами, и о том, как их исправить. Тем не менее, Файнберг подчеркивает, что существует большая разница между созданием гелевой копии с некоторыми свойствами, подобными мозгу, и печатью настоящего человеческого мозга.«Мы очень далеки от того, чтобы это стало реальностью», - говорит он.
Как и во многих других случаях, дьявол кроется в деталях. Типичный человеческий мозг весом 3 фунта (1,4 кг) содержит почти 100 миллионов нейронов с различной структурой и узкоспециализированными функциями, такими как сбор сенсорной информации или передача сигналов, которые сообщают мышцам тела, что делать. У ученых еще нет возможности манипулировать стволовыми клетками для создания всех этих различных типов клеток, и даже если бы они это сделали, они все еще не знают точно, куда их поместить и как соединить, чтобы дублировать невероятно сложные нервные клетки мозга. пути.
«МРТ головного мозга может создать трехмерную модель, но у него недостаточно разрешения, чтобы показать, где находятся все эти разные типы нейронов», - говорит Фейнберг.
Прошлая печать
В 2013 году исследователям Оксфордского университета удалось напечатать синтетическую нервную ткань, содержащую крошечные капельки жидкости, разделенные липидным слоем, которая может передавать электрические сигналы так же, как это делает ваш мозг. Но эти сети хрупки, их срок годности составляет несколько недель по сравнению со сроком службы проводки мозга.
Кроме того, настоящий мозг также нуждается в сложной сосудистой системе, чтобы обеспечить свои клетки питательными веществами. В 2014 году исследователи из Гарварда впервые смогли биопринтировать кусок ткани человека, переплетенный с кровеносными сосудами, но они все еще далеки от возможности воспроизвести крошечные капилляры, необходимые живой ткани.
Наконец, даже если мы дойдем до того, что сможем напечатать целый мозг, остается проблема, как заставить его работать - думать, запоминать, развивать самосознание, обрабатывать сенсорную информацию и выполнять все необходимые действия. другие ловкие трюки, которые ваш башмачок проделывает с самого рождения. «Мы не совсем понимаем, как все это происходит, - говорит Файнберг. «Поэтому разработать что-то, что будет работать так же, будет очень сложно».
Фейнберг считает более вероятным, что вместо того, чтобы печатать весь мозг, будущие врачи смогут напечатать меньшие кусочки мозговой ткани, которые они смогут использовать для замены поврежденных участков.
Вот это круто
Исследователи-биоинженеры могут использовать 3D-печать высокореалистичных моделей человеческого мозга. Развитие технологий может позволить им вскоре напечатать функционирующую нервную ткань.