Belangrijke cellen in de hersenen, neuronen, vormen netwerken door signalen met elkaar uit te wisselen, waardoor het brein razendsnel leert en zich aanpast. Onderzoekers van de TU Delft ontwikkelden een
3D-geprinte hersenachtige omgeving waarin neuronen groeien zoals in echte hersenen. Met piepkleine nanopilaren bootsen ze een zachte, hersenachtige structuur en de extracellulaire matrixvezels in de hersenen na. Dit model biedt nieuwe inzichten in hoe neuronen netwerken vormen en kan dienen als een tool om dit proces te kunnen veranderen bij neurologische aandoeningen zoals Alzheimer, de ziekte van Parkinson en autismespectrumstoornissen.
Net zoals veel andere cellen reageren neuronen op de stijfheid en vorm van hun omgeving. Een traditionele petrischaal is hard en plat, terwijl de omgeving in de hersenen zacht en vezelig is. Om de hersenomgeving zo goed mogelijk na te bootsen, ontwierp het team van Angelo Accardo nanopilaren met een geavanceerde 3D-printtechniek.
Deze pilaren, elk duizend keer dunner dan een mensenhaar, zijn gerangschikt als een klein bos op een oppervlak. Door de breedte en hoogte van de pilaren aan te passen, konden de onderzoekers hun schuifmodulus afstemmen, een mechanische eigenschap die cellen waarnemen bij het kruipen over micro- of nanostructuren. “Dit misleidt de neuronen zodat ze denken dat ze in een zachte, hersenachtige omgeving zijn, hoewel het materiaal van de nanopilaren zelf stijf is. Omdat ze buigen doordat neuronen over hen heen kruipen, simuleren de nanopilaren niet alleen de zachtheid van hersenweefsel, maar bieden ze ook een 3D- structuur waar neuronen zich aan kunnen vastklampen, net zoals de extracellulaire matrixvezels in echt hersenweefsel,” aldus Accardo. Dit beïnvloedt hoe de neuronen groeien en verbindingen met elkaar maken.
De onderzoekers testten het model met drie soorten neuronen, afkomstig uit muizenhersenen of menselijke stamcellen. Op gewone, platte petrischalen groeiden de neuronen alle kanten op, maar op de 3D-geprinte nanopilaren groeiden ze in mooie, georganiseerde patronen en vormden ze netwerken onder bepaalde hoeken.
