3D-биопечать помогает исследователям изучить влияние вируса Зика на мозг эмбрионов

С помощью напечатанного на 3D-принтере выращенного в лаборатории «мини-мозга», искусственно зараженного вирусом Зика, они выяснили, как именно болезнь вызывает микроцефалию – недоразвитость черепа и мозга эмбрионов.

Результаты и методы исследования были опубликованы в последнем номере журнала Cell. Исследованием руководила супружеская пара Гуо-ли Мин (профессор неврологии, нейробиологии, психиатрии и бихевиористики) и Хонджун Сонг (профессор неврологии и нейробиологии). Они разработали SpinΩ, новый биореактор для 3D-биопечати, который можно использовать для создания недорогих моделей мозга размером с булавочную головку. По словам профессора Сонга, их поиски лучшей модели мозга для исследований продолжались три года – и так случилось, что разработку удалось использовать для изучения вируса Зика. «Эта более реалистичная 3D-модель подтверждает закономерности, отмеченные на двухмерном клеточном образце. Вирус Зика вызывает микроцефалию, в основном, атакуя стволовые нервные клетки мозга и превращая их в фабрики по производству вирусов», – говорит он.

В частности, ученые обнаружили, что вирус Зика поражает специализированные стволовые клетки в коре головного мозга эмбрионов – это чрезвычайно важная область, которая отвечает за внимание, память и сознание. Благодаря напечатанным на 3D-принтере крошечным моделям, исследователям удалось в подробностях увидеть, что происходит при заражении на разных сроках беременности. «При инцифированнии на ранней стадии, вирус в основном поражает нейро-стволовые клетки мозга – и последствия этого чрезвычайно серьезны, – говорит Мин. – Через какое-то время мозг перестает расти и распадается. На поздних стадиях, во втором триместре, вирус Зика все еще атакует, в основном, стволовые клетки, но также и нейроны».

Результаты исследования подтверждают случаи рождения детей у женщин, которые заразились вирусом Зика во время беременности. Это доказывает, что чем раньше происходит инфицирование вирусом, тем серьезнее его последствия. Хотя результаты все еще не позволяют найти лекарство, понимание механизма работы вируса – это важный шаг в нужном направлении. Следующий этап – испытать одобренные Управлением по контролю качества пищевых продуктов и медикаментов США лекарства от других заболеваний мозга на разработанной модели, чтобы выяснить, насколько они эффективны в данной ситуации.

Ученые сообщили, что идея SpinΩ появилась в связи с работой трех студентов в летней лаборатории. Сын супругов и два других студента экспериментировали с 3D-принтерами и придумали концепцию продвинутого биореактора, который подошел бы к 12 широко используемым лабораторным емкостям. Биореактор вращается одновременно вокруг жидкости и клеток на такой скорости, которая способствует формированию мозга.

До недавнего исследования 3D-биопечать не подходила для изучения мозга. Профессор Сонг объясняет, что, учитывая сложное строение мозга, необходимы достаточно большие биореакторы и много химических факторов роста – поэтому 3D-печать моделей мозга была слишком дорогостоящей. Те немногие лаборатории, которые могли позволить себе изготовить достаточное количество мини-моделей, не могли сосредоточиться на отдельных участках мозга. Новый биореактор SpinΩ гораздо эффективнее традиционных методов.

На сегодняшний день SpinΩ уже был использован для создания трех типов напечатанных на 3D-принтере мини-моделей, которые имитируют переднюю, среднюю и заднюю часть мозга. Модель передней части мозга использовалась для изучения влияния вируса Зика. Исследователи говорят, что такая же модель может применяться для исследования болезни Паркинсона и других расстройств. Файлы для 3D-печати SpinΩ ученые включили в свою публикацию. Они сообщают, что устройство можно изготовить всего за несколько сотен долларов.