الشبكات العصبية الحية المطبوعة ثلاثياً الأبعاد تظهر وعوداً كبيرة لأبحاث الطب

حقق باحثون في جامعة موناش في ملبورن، أستراليا، اختراقاً كبيراً في مجال الهندسة الطبية الحيوية. لقد نجحوا في طباعة شبكات عصبية حية ثلاثية الأبعاد باستخدام خلايا دماغ الفئران، مما يفتح إمكانيات جديدة لاختبار الأدوية ودراسة وظائف الدماغ. تتمتع هذه التكنولوجيا المتطورة بإمكانية استبدال طرق اختبار الحيوانات التقليدية وتمهيد الطريق لعصر جديد من الطب الشخصي.

3أدمغة مصغرة مطبوعة ثلاثياً الأبعاد: بديل عملي لاختبار الحيوانات

في بداية عام 2023، مرر الكونغرس الأمريكي تشريعات تدعو العلماء إلى تقليل اعتمادهم على الحيوانات في الأبحاث الممولة اتحادياً. جاء هذا القرار بعد توقيع قانون تحديث إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) رقم 2.0، الذي سمح باستكشاف بدائل عالية التقنية في تجارب سلامة الأدوية. أحد أكثر البدائل وعداً هو استخدام الأدمغة المصغرة المطبوعة ثلاثياً الأبعاد.

يمكن لهذه الأدمغة المصغرة أن تحل محل الحاجة إلى اختبار الأدوية الجديدة على آلاف الحيوانات. اتخذ باحثو جامعة موناش خطوة كبيرة في هذا الاتجاه من خلال طباعة شبكات عصبية حية ثلاثية الأبعاد مكونة من خلايا دماغ الفئران. يحمل هذا النهج المبتعد وعداً بتجارب أدوية أكثر أخلاقية وفعالية.

لإنشاء هذه الشبكات العصبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد، استخدم فريق جامعة موناش طريقة فريدة. فقد قاموا بضغط "الحبر الحيوي" – وهو خليط من خلايا دماغ الفئران معلقة في هلام – عبر فوهة ضخ نحو سقالة، على غرار طريقة تطبيق الطابعات النافثة للحبر للحبر على الورق. تم بناء الهياكل العصبية طبقة تلو الأخرى، مع تبديل ثمانية طبقات رأسية بين أحبار حيوية تحتوي على خلايا وأخرى خالية منها.

أتاح هذا النهج التحكم الدقيق في وضع الخلايا فوق أقطاب التسجيل، مع الحفاظ على بنية ثلاثية الأبعاد تحاكي تعقيد نسيج الدماغ الطبيعي. لم تقتصر الشبكات العصبية على احتوائها على الخلايا العصبية فحسب، بل شملت أيضاً الخلايا النجمية، والخلايا الدبقية قليلة التغصن، والخلايا الدبقية الصغيرة، وهي خلايا داعمة حاسمة لصحة الخلايا العصبية واتصالها.

تكمن نجاح الشبكات العصبية المطبوعة ثلاثياً في وظيفتها. أظهرت هذه الشبكات سلوكاً مشابهاً للخلايا العصبية الحقيقية، بما في ذلك تمديد محاور عصبية طويلة للتواصل عبر الطبقات. تم تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا باستخدام أقطاب كهربائية دقيقة، وتم تصوير التواصل الكيميائي باستخدام صبغة فلورية.

يعد هذا التقليد الوظيفي للشبكات العصبية الحقيقية أمراً حاسماً للتطبيقات الطبية الحيوية المحتملة، مثل اكتشاف الأدوية ودراسة الأمراض التنكسية العصبية. بالنسبة لهذه التطبيقات، يجب أن تحاكي الشبكات العصبية عن كثب سلوك خلايا الدماغ الفعلية.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

على الرغم من أن هذا الإنجاز الواعد، لا تزال هناك تحديات يجب التغلب عليها. تتمثل إحدى التحديات الحاسمة في توسيع نطاق التكنولوجيا. احتوت الشبكات العصبية المطبوعة ثلاثياً في تجربة جامعة موناش على بضعة آلاف من الخلايا العصبية لكل مليمتر مربع، بينما يحتوي الدماغ البشري على مليارات الخلايا العصبية. سيستلزم توسيع نطاق عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد الدقيقة ولكن البطيئة لأغراض اختبار الأدوية التجارية والأبحاث واسعة النطاق مزيداً من التطوير.

علاوة على ذلك، يعد ضمان بقاء ووظيفة الخلايا البشرية في الشبكات العصبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد تحدياً مستمراً. يجب على الباحثين إيجاد طرق لإنشاء هلام يحاكي خصائص الدماغ مع السماح بالطباعة ثلاثية الأبعاد دون الإضرار بالخلايا.

على الرغم من هذه التحديات، فإن الفوائد المحتملة للشبكات العصبية الحية المطبوعة ثلاثياً هائلة. تتمتع هذه التكنولوجيا بإمكانية تقليل الحاجة إلى اختبار الحيوانات في مختلف إعدادات البحث. ومع ذلك، قد يحتاج العلماء إلى وقت لتبني هذا النهج المبتكر، حيث أن الأساليب والممارسات الراسخة متجذرة بعمق في مجتمع البحث.

كما يحمل مستقبل الطب الشخصي وعداً كبيراً. قد تستضيف المستشفيات في المستقبل غرفاً مجهزة بطابعات ثلاثية الأبعاد، حيث يستخدم الأطباء الخزعات البيولوجية للمرضى لطباعة الأنسجة لأغراض اختبار الأدوية، مما يوفر علاجات مخصصة للأفراد.