《基於生物三維列印技術構建類腦顳葉癲癇模型的研究》是依託清華大學，由宋宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於生物三維列印技術構建類腦顳葉癲癇模型的研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：宋宇
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
大腦作為人類最複雜的器官是支配全身的指令中樞。然而腦疾病的發生，嚴重的破壞了大腦的健康。為了研究大腦工作機制和大腦疾病，腦科學與神經科學已成為世界各國發展科技的前沿方向。本項目以癲癇為切入點，提出一種基於現有生物三維列印技術構建高仿真的類腦顳葉癲癇模型，為研究癲癇疾病病灶形成和發展提供一種有效的研究手段。首先，發展新型生物列印材料，並設計和完善構建類腦組織的細胞三維列印技術及工藝。在所構建類腦組織中系統研究細胞之間和細胞與微環境之間的作用關係，以及神經網路形成機制。然後，研發體外仿生培養技術，構建體外適合神經細胞生存的微環境，發展體外癲癇誘導模型。目標是研究癲癇病灶的形成和發展，並且使用抗癲癇藥物來檢測所構建模型的靈敏度，為發展新的抗癲癇藥物提供高效可靠的研究方法。此項研究是製造、材料、信息與生命科學的大交叉大前沿，為未來在國民衛生領域生物醫用科學的戰略性發展供新技術和新方法的支持。
結題摘要
本項目提出了一個基於生物三維列印技術構建類腦顳葉組織模型來研究仿癲癇活動的研究方法。相比於傳統的體外二維組織研究方法，所構建體外三維組織不僅保存了二維結構可控培養環境的優勢，也克服了體外二維組織不能體現三維效果的劣勢，使其成為一種理想的體外實驗模型。本項目以模擬體外癲癇模型為切入點，在所構建的類腦顳葉組織中模擬癲癇狀態，並用神經藥物來檢測所構建模型的可靠性，為未來研究癲癇疾病病灶形成和發展提供一種有效的研究手段。按照仿生學原理，設計三層含有原代顳葉原代神經細胞並且具有營養供給通道的類大腦顳葉組織三維模型。同時，設計和完善構建該類腦顳葉組織所需要的生物三維列印技術及工藝。按照天然大腦的力學性能，通過調配不同材料組分使得所構建類腦組織模型也具有相似的力學性能。為了保證細胞存活率，最佳化列印工藝和流程，並且通過改善體外培養技術來實現該模型的體外長期培養。所構建類腦顳葉組織可以在體外培養至一個月以上，這為研究體外神經網路的形成提供了穩定可控的研究模型。該模型不僅可以用來研究細胞與微環境之間的相互作用，也可以用來研究體外神經網路的形成和發展機制。通過電生理刺激來構建體外仿癲癇模型，模擬體外組織結構中神經細胞經歷癲癇作用的狀態。目標是模擬仿癲癇病灶的形成和發展，並且分別使用信號抑制藥物，即可阻斷鈉離子通道的TTX和AMPA受體拮抗劑DNQX，來檢測所構建模型對神經藥物的靈敏度，為發展新的抗癲癇藥物提供高效可靠的研究方法。通過藥物檢測實驗發現，所構建類腦顳葉組織模型對不同極性藥物有選擇作用，即極性小的藥物可以在該組織結構內迅速擴散而極性大的分子則會有較小的擴散速率。該選擇作用非常類似於天然血腦屏障對藥物的篩選作用而未來對該模型的最佳化和提升將有利於高效體外藥物篩選模型的開發和運用。此項研究是製造、材料、信息與生命科學的大交叉大前沿，為未來在國民衛生領域生物醫用科學的戰略性發展供新技術和新方法的支持。
