研究人員利用人類神經幹細胞三維列印出功能性腦組織，模仿大腦皮質（大腦最外層）的結構。這項突破性技術有望為腦損傷提供個人化修復。我們的大腦結構精細而複雜，可能因創傷、中風、癲癇和腫瘤切除手術而受損，導致溝通、運動和認知困難。植入的幹細胞有可能重新生長受損的腦組織，但到目前為止，使用幹細胞重建大腦結構還很困難。

研究人員利用幹細胞三維列印出分層腦組織（紅色和藍色），並與小鼠腦組織（藍色）融為一體金永成/牛津大學

在一項新的研究中，牛津大學的研究人員透過3D列印人類神經幹細胞，製造出了一種雙層腦組織，將其植入小鼠腦組織後，在結構和功能上都與之融為一體一體。

這項研究的通訊作者之一周林娜說：”我們的液滴打印技術為設計具有所需結構的活體三維組織提供了一種方法，這使我們更接近於創造個性化的腦損傷植入療法。 “

人類誘導多能幹細胞（hiPSC）在組織再生療法中具有巨大的應用潛力。它們是人工幹細胞，來自體細胞，經過基因重編程後達到類似胚胎幹細胞的狀態，使其具有分化成人體任何細胞類型的獨特能力。

在目前的研究中，研究人員首先將hiPSCs 分化成兩種類型的神經祖細胞，分別用於形成大腦皮質的上層和深層。這些特定層的祖細胞被用來製造兩種生物墨水，並透過三維液滴列印技術列印成分層組織。在將分層組織植入活體小鼠腦組織之前，先讓列印出來的祖細胞成熟，並在一週內監測它們的生長和活性。

從幹細胞分化到植入三維列印腦組織的過程示意圖金永成/牛津大學

植入的組織顯示出與小鼠腦細胞的緊密結合，包括神經元過程的形成–傳導和傳輸神經訊號的指狀突起–以及神經元跨越植入物和宿主之間邊界的遷移。植入的細胞也顯示出與宿主細胞相關的信號活動，表明細胞正在相互交流，並顯示出功能和結構上的整合。

研究的另一位通訊作者佐爾坦-莫爾納爾（Zoltán Molnár）說：”人類大腦的發育是一個微妙而精細的過程，有著複雜的編排。如果認為我們能在實驗室中重現整個細胞發育過程，那就太天真了。不過，我們的3D列印計畫表明，我們在控制人類iPSCs的命運和排列以形成大腦皮質的基本功能單元方面取得了實質性進展。”

由於人類大腦皮質有多達六層神經細胞，研究人員計劃改進三維液滴列印技術，以創建更複雜的多層組織，從而更逼真地模擬大腦結構。他們說，除了列印的組織可能用於修復腦損傷外，它還可用於藥物測試、大腦發育研究，以及提高我們對認知的理解。

這項研究的第一作者金永成說：「這項進展標誌著我們在製造具有天然腦組織完整結構和功能的材料方面邁出了重要一步。這項工作將為探索人類大腦皮質的工作原理提供一個獨特的機會，從長遠來看，它將為腦損傷患者帶來希望”。

該研究發表在《自然通訊》（Nature Communications）雜誌。