科學家合作創建了世界上第一個三維列印的”大腦模型”，利用一種特殊的磁振造影技術（dMRI）為腦部纖維建模。這項進展旨在透過使用這些詳細的大腦模型來提高dMRI 分析軟體的準確性，從而改善阿茲海默症、帕金森氏症和多發性硬化症等神經退化性疾病的研究。這種新模型有可能加速神經退化性疾病的研究。

在維也納醫科大學和維也納工業大學的一個聯合計畫中，開發了世界上第一個三維印刷的”大腦模型”，該模型以腦部纖維結構為模型，可以使用一種特殊的磁共振成像（ dMRI）進行影像學。

由維也納醫科大學和維也納工業大學領導的科學研究團隊在一項研究中表明，這些大腦模型可用於推進神經退化性疾病（如阿茲海默症、帕金森氏症和多發性硬化症）的研究。這項研究成果發表在《先進材料技術》（Advanced Materials Technologies）雜誌上。

磁振造影（MRI）是一種廣泛使用的診斷影像技術，主要用於檢查腦部。核磁共振成像可在不使用電離輻射的情況下檢查大腦的結構和功能。在磁振造影的特殊變體–擴散加權磁振造影（dMRI）中，還可以確定大腦中神經纖維的方向。然而，在神經纖維束的交叉點很難正確確定神經纖維的方向，因為不同方向的神經纖維會在那裡重疊。

為了進一步改進流程以及測試分析和評估方法，一個國際團隊與維也納醫科大學和維也納工業大學合作開發了一個所謂的”大腦模型”，該模型是利用高分辨率三維列印過程製作的。

帶有微通道的小立方體

維也納醫科大學的研究人員作為核磁共振成像專家，維也納工業大學的研究人員作為三維印刷專家，與蘇黎世大學和漢堡大學醫療中心的同事密切合作。早在2017年，維也納工業大學就開發了一種雙光子聚合印表機，可以實現升級列印。

在此過程中，也與維也納醫科大學和蘇黎世大學共同進行了腦模型的使用案例研究。由此產生的專利構成了腦模型的基礎，該模型現已開發完成，並由維也納工業大學的研究與轉讓支援團隊負責監督。

從外觀上看，這個幻影與真正的大腦並無太大區別。它要小得多，形狀像一個立方體。它的內部是非常細小的、充滿水的微通道，大小與單一顱神經相當。這些通道的直徑比人的髮絲還要細五倍。為了模仿大腦中精細的神經細胞網絡，第一作者邁克爾-沃萊茨（Michael Woletz）（維也納醫科大學醫學物理和生物醫學工程中心）和弗蘭茲斯卡-查魯帕-甘特納（Franziska Chalupa-Gantner）（維也納工業大學3D列印和生物製造研究小組）領導的研究小組使用了相當不尋常的3D列印方法：雙光子聚合。

這種高解析度方法主要用於列印奈米和微米級的微結構，而不是列印立方毫米級的三維結構。為了為dMRI 製作合適尺寸的模型，維也納科技大學的研究人員一直在努力擴大三維列印製程的規模，以便能夠列印出具有高解析度細節的更大物件。高比例三維列印為研究人員提供了非常好的模型，在dMRI 下觀察時，可以確定各種神經結構。

Michael Woletz 將這種提高dMRI 診斷能力的方法與手機相機的工作方式進行了比較：”我們看到，手機相機在攝影方面取得的最大進步並不一定是新的、更好的鏡頭，而是改進所拍攝影像的軟體。dMRI 的情況也類似：利用新開發的大腦模型，我們可以更精確地調整分析軟體，從而提高測量數據的質量，更準確地重建大腦神經結構。”

改進dMRI分析軟體

因此，真實再現大腦中的特徵神經結構對於”訓練”dMRI 分析軟體非常重要。使用三維列印技術可以創建可修改和自訂的各種複雜設計。因此，大腦模型描繪的是大腦中產生特別複雜訊號並因此難以分析的區域，如交叉的神經路徑。

因此，為了校準分析軟體，需要使用dMRI 對大腦模型進行檢查，並像分析真實大腦一樣分析測量數據。由於採用了三維列印技術，模型的設計是精確可知的，分析結果也可以檢查。作為聯合研究工作的一部分，維也納醫科大學和維也納理工大學已經證明了這一點。所開發的模型可用於改進dMRI，從而有利於手術規劃和神經退化性疾病（如阿茲海默症、帕金森氏症和多發性硬化症）的研究。

儘管概念得到了驗證，團隊仍面臨挑戰。目前最大的挑戰是擴大這種方法的規模：「雙光子聚合的高分辨率使得列印微米和奈米範圍的細節成為可能，因此非常適合顱神經成像。但同時，使用這種技術列印一個幾立方厘米大小的立方體也需要相應的時間，”Chalupa-Gantner 解釋。”因此，我們不僅要開發更複雜的設計，還要進一步優化列印過程本身”。

編譯自: ScitechDaily