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Gli scienziati della Monash University hanno utilizzato Tecnologia di stampa 3D per creare reti neurali viventi composte da cellule cerebrali di ratto. Secondo Wired, questi cervelli in miniatura mostrano modelli di maturazione e comunicazione simili alle loro controparti a grandezza naturale, presentando una strada promettente per rivoluzionare i test farmacologici e far progredire la medicina personalizzata.
La ricerca per ridurre la dipendenza da test sugli animali ha guadagnato slancio con il Congresso degli Stati Uniti che ha esortato gli scienziati a ridurre al minimo l’uso degli animali nella ricerca finanziata dal governo federale. Il Modernization Act 2.0 della Food and Drug Administration statunitense, recentemente promulgato, ha ulteriormente aperto strade per alternative high-tech negli studi sulla sicurezza dei farmaci. I mini-cervelli stampati in 3D hanno il potenziale come valido sostituto dei tradizionali test sugli animali, anche se permangono sfide nella transizione dalla prova di concetto alle pratiche di laboratorio tradizionali.
Il campo dello sviluppo del mini-cervello offre vari approcci, tra cui la coltura di singoli strati di neuroni in piastre di Petri e la trasformazione delle cellule staminali in organoidi 3D. Il team della Monash University mirava a trovare un equilibrio utilizzando la tecnologia di stampa 3D, consentendo il posizionamento preciso delle cellule sugli elettrodi di registrazione pur mantenendo la flessibilità per le cellule di organizzarsi nello spazio tridimensionale come da Wired.
Guidato dal professor John Forsythe, il team ha dettagliato il proprio esperimento in Advanced Healthcare Materials. Il processo prevedeva l’utilizzo del “bioinchiostro”, un gel contenente cellule cerebrali di ratto, estruso attraverso un ugello su un’impalcatura in modo strato per strato. Questo metodo ha facilitato la creazione di strutture neurali simili alla materia grigia e bianca alternata che si trova nella corteccia del cervello.
Collaborando con la fisiologa Helena Parkington, il team ha incluso non solo neuroni ma anche astrociti, oligodendrociti e microglia nei tessuti cerebrali stampati. Man mano che i neuroni maturavano, estendevano gli assoni attraverso strati privi di cellule, consentendo una comunicazione simile al funzionamento della corteccia.
Per convalidare la funzionalità di queste reti neurali stampate in 3D, una piccola serie di microelettrodi ha registrato l’attività elettrica, mentre altri elettrodi hanno stimolato e registrato le risposte dei neuroni. Il team ha utilizzato un colorante fluorescente per visualizzare il movimento degli ioni calcio, confermando che le cellule si impegnavano nella comunicazione chimica come previsto.
Garantire la sopravvivenza e la funzionalità dei neuroni stampati ha rappresentato una sfida unica. A differenza della stampa 3D standard con filamenti di plastica, la natura delicata dei neuroni richiedeva un gel con proprietà che replicassero fedelmente quelle del cervello umano. I tentativi precedenti spesso escludevano le cellule gliali cruciali per mantenere un ambiente adatto per i neuroni, influenzando la replicazione dell’attività elettrica naturale.
Sebbene l’esperimento abbia utilizzato cellule di ratto, il potenziale per future applicazioni nelle cellule umane è promettente. Tuttavia, persistono difficoltà nell’ampliamento del processo, poiché i tessuti stampati contengono solo una frazione dei neuroni presenti nella corteccia umana. La lentezza della stampa 3D, anche per strutture minuscole, richiede un ulteriore perfezionamento per un uso diffuso, in particolare nella ricerca farmaceutica.
Nonostante queste sfide, la tecnologia rappresenta una promessa significativa nel rivoluzionare le applicazioni biomediche, compresa la scoperta di farmaci e lo studio delle malattie neurodegenerative. Convincere la comunità scientifica a passare dai modelli animali tradizionali ai tessuti ingegnerizzati potrebbe richiedere tempo, ma i potenziali benefici sono sostanziali.
I ricercatori immaginano applicazioni che vanno oltre i test antidroga, speculando sulla creazione di reti neurali artificiali viventi. L’intersezione delle reti neurali 3D con l’intelligenza artificiale potrebbe portare allo sviluppo dell'”intelligenza organoide”. Mentre misurare la coscienza nelle reti sviluppate in laboratorio rimane una sfida, il potenziale per sfruttare tali reti per l’informatica biologica è una prospettiva entusiasmante.
Il team della Monash University mira inoltre a valutare la resilienza delle reti neurali stampate sotto stress, offrendo informazioni sulle capacità rigenerative del cervello. Questa ricerca, ritengono gli scienziati, potrebbe aprire la strada a trattamenti personalizzati per le malattie neurodegenerative e le lesioni cerebrali, con la speranza di creare suite di stampa 3D negli ospedali per interventi medici su misura.
La ricerca per ridurre la dipendenza da test sugli animali ha guadagnato slancio con il Congresso degli Stati Uniti che ha esortato gli scienziati a ridurre al minimo l’uso degli animali nella ricerca finanziata dal governo federale. Il Modernization Act 2.0 della Food and Drug Administration statunitense, recentemente promulgato, ha ulteriormente aperto strade per alternative high-tech negli studi sulla sicurezza dei farmaci. I mini-cervelli stampati in 3D hanno il potenziale come valido sostituto dei tradizionali test sugli animali, anche se permangono sfide nella transizione dalla prova di concetto alle pratiche di laboratorio tradizionali.
Il campo dello sviluppo del mini-cervello offre vari approcci, tra cui la coltura di singoli strati di neuroni in piastre di Petri e la trasformazione delle cellule staminali in organoidi 3D. Il team della Monash University mirava a trovare un equilibrio utilizzando la tecnologia di stampa 3D, consentendo il posizionamento preciso delle cellule sugli elettrodi di registrazione pur mantenendo la flessibilità per le cellule di organizzarsi nello spazio tridimensionale come da Wired.
Guidato dal professor John Forsythe, il team ha dettagliato il proprio esperimento in Advanced Healthcare Materials. Il processo prevedeva l’utilizzo del “bioinchiostro”, un gel contenente cellule cerebrali di ratto, estruso attraverso un ugello su un’impalcatura in modo strato per strato. Questo metodo ha facilitato la creazione di strutture neurali simili alla materia grigia e bianca alternata che si trova nella corteccia del cervello.
Collaborando con la fisiologa Helena Parkington, il team ha incluso non solo neuroni ma anche astrociti, oligodendrociti e microglia nei tessuti cerebrali stampati. Man mano che i neuroni maturavano, estendevano gli assoni attraverso strati privi di cellule, consentendo una comunicazione simile al funzionamento della corteccia.
Per convalidare la funzionalità di queste reti neurali stampate in 3D, una piccola serie di microelettrodi ha registrato l’attività elettrica, mentre altri elettrodi hanno stimolato e registrato le risposte dei neuroni. Il team ha utilizzato un colorante fluorescente per visualizzare il movimento degli ioni calcio, confermando che le cellule si impegnavano nella comunicazione chimica come previsto.
Garantire la sopravvivenza e la funzionalità dei neuroni stampati ha rappresentato una sfida unica. A differenza della stampa 3D standard con filamenti di plastica, la natura delicata dei neuroni richiedeva un gel con proprietà che replicassero fedelmente quelle del cervello umano. I tentativi precedenti spesso escludevano le cellule gliali cruciali per mantenere un ambiente adatto per i neuroni, influenzando la replicazione dell’attività elettrica naturale.
Sebbene l’esperimento abbia utilizzato cellule di ratto, il potenziale per future applicazioni nelle cellule umane è promettente. Tuttavia, persistono difficoltà nell’ampliamento del processo, poiché i tessuti stampati contengono solo una frazione dei neuroni presenti nella corteccia umana. La lentezza della stampa 3D, anche per strutture minuscole, richiede un ulteriore perfezionamento per un uso diffuso, in particolare nella ricerca farmaceutica.
Nonostante queste sfide, la tecnologia rappresenta una promessa significativa nel rivoluzionare le applicazioni biomediche, compresa la scoperta di farmaci e lo studio delle malattie neurodegenerative. Convincere la comunità scientifica a passare dai modelli animali tradizionali ai tessuti ingegnerizzati potrebbe richiedere tempo, ma i potenziali benefici sono sostanziali.
I ricercatori immaginano applicazioni che vanno oltre i test antidroga, speculando sulla creazione di reti neurali artificiali viventi. L’intersezione delle reti neurali 3D con l’intelligenza artificiale potrebbe portare allo sviluppo dell'”intelligenza organoide”. Mentre misurare la coscienza nelle reti sviluppate in laboratorio rimane una sfida, il potenziale per sfruttare tali reti per l’informatica biologica è una prospettiva entusiasmante.
Il team della Monash University mira inoltre a valutare la resilienza delle reti neurali stampate sotto stress, offrendo informazioni sulle capacità rigenerative del cervello. Questa ricerca, ritengono gli scienziati, potrebbe aprire la strada a trattamenti personalizzati per le malattie neurodegenerative e le lesioni cerebrali, con la speranza di creare suite di stampa 3D negli ospedali per interventi medici su misura.
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