Gli scienziati riescono a stampare in 3D una rete neuronale attiva
Scientists detect electrical activity in an engineered neuronal network made from "bioinks" of living cellular material and non-living material.
I ricercatori della Monash University Engineering, in Australia, hanno generato reti neuronali stampate in 3D in grado di crescere, trasmettere e reagire ai segnali nervosi in circostanze controllate di laboratorio utilizzando "bioink".
I bioink sono costituiti da cellule nervose vive (neuroni) e da un'impalcatura che supporta il materiale biologico. I ricercatori sono riusciti a imitare la configurazione anatomica della materia grigia e bianca presente nel cervello umano.
Lo studio stimola ulteriori ricerche sugli effetti delle malattie neuronali, sulla sperimentazione di farmaci e, potenzialmente, sulla rigenerazione delle cellule neurali. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su Advanced Healthcare Materials.
Tipi di cellule cerebrali
Il materiale biologico dello studio comprendeva astrociti e neuroni corticali provenienti dal cervello di ratti. Gli astrociti sono un tipo di cellula gliale che fornisce supporto strutturale, gestisce l'apporto di nutrienti, il flusso sanguigno, i livelli di neurotrasmettitori e l'equilibrio ionico nel cervello.
I neuroni corticali, invece, sono cellule cerebrali altamente sviluppate che si trovano nella corteccia cerebrale e sono responsabili dell'elaborazione cognitiva più avanzata, delle emozioni, dell'elaborazione sensoriale, del controllo motorio e del comportamento.
Supportano il sistema nervoso nell'elaborazione e nella comunicazione delle informazioni attraverso la trasmissione di segnali elettrici e chimici. I neuroni corticali si occupano dell'elaborazione delle informazioni, mentre gli astrociti si assicurano che il microambiente cerebrale sia favorevole all'attività neuronale ottimale.
Materia grigia e bianca
La materia grigia contiene un'alta concentrazione di corpi cellulari neuronali ed è responsabile dell'elaborazione delle informazioni. La materia grigia contiene anche i dendriti, che sono proiezioni simili a dita o ad alberi che interagiscono e comunicano con i neuroni vicini.
La materia bianca è costituita principalmente da assoni mielinizzati o fibre nervose che collegano i neuroni in circuiti funzionali. Il termine mielinizzato significa che il nervo è ricoperto da uno strato isolante composto da sostanze grasse e proteine. La materia bianca è responsabile della comunicazione e lo strato isolante intorno alle fibre nervose contribuisce a un'efficace trasmissione del segnale elettrico.
I ricercatori hanno scoperto che i neuroni della materia grigia ingegnerizzata crescevano attivamente attraverso il tessuto della materia bianca, usandolo come interfaccia per comunicare con altri neuroni in altri strati.
Risultati elettrizzanti
Nell'ambito dello studio sono state effettuate misurazioni elettrofisiologiche sensibili per confermare l'attività nervosa spontanea nelle reti neurali 3D e per indurre reazioni all'attivazione elettrica e farmacologica. Il rilevamento dell'attività elettrica rappresenta uno sviluppo significativo sia nelle neuroscienze che nel bioprinting.
Le strutture cerebrali 3D bioprintate mostrano un potenziale come piattaforma per lo studio della formazione dei neuroni e delle reti, per lo studio degli effetti delle malattie sulla neurotrasmissione e per la valutazione degli effetti farmacologici sui neuroni e sul sistema nervoso.