Інженерія нервової тканини

Інженерія нервової тканини (або нейротканинна інженерія) — це галузь тканинної інженерії, яка зосереджена на розробці функціональних замінників нервової тканини для заміни або відновлення пошкодженої або хворої тканини центральної нервової системи (ЦНС) або периферичної нервової системи (ПНС). Метою інженерії нервової тканини є відновлення втраченої функції нервової системи за допомогою побудови нової нервової тканини із спеціальних матеріалів, клітин і факторів росту, для транплантування в місця дефекту.

Анімаційна 3D-реконструкція трансплантата клітин lt-NES гіпокампа (mRFP1, червоний), що показує вхідні нейрони EGFP+ господаря (зелений) у медіальному септальному комплексі, енторинальній корі, секторі CA1, а також у східному шарі гіпокампа

Ця область дослідження включає в себе принципи матеріалознавства, біології та інженерії для проектування та розробки пристроїв, каркасів з біоматеріалів і 3D-культур, які сприяють росту, виживанню та функціональній інтеграції нейронів і гліальних клітин. Деякі із застосувань нейротканинної інженерії включають лікування травм спинного мозку, черепно-мозкових травм, інсульту, хвороби Паркінсона та інших станів, які призводять до пошкодження нервової системи чи її вікової дегенерації.

Розвиток нейротканинної інженерії потребує міждисциплінарного підходу, який передбачає співпрацю між інженерами, неврологами та клініцистами для перетворення лабораторних результатів у клінічне застосування.

Огляд

Нервова система поділяється на два відділи: ЦНС і ПНС. ЦНС складається з головного та спинного мозку, тоді як ПНС складається з нервів, які походять від головного та спинного мозку та іннервують решту тіла.

Потреба в інженерії нервової тканини, як окремої галузі, виникає через складність нервових клітин і нервової тканини відновлюватися самостійно після пошкодження нервової системи. ПНС має певну, але обмежену регенерацію нервових клітин. Було виявлено, що нейрогенез дорослих стовбурових клітин у ЦНС відбувається в гіпокампі, субвентрикулярній зоні (SVZ) і спинному мозку. Дослідження 2020-го року показало також нейрогенез у дорослих у інших зонах мозку, зокрема вгіпоталамусі, смугастому тілі, чорній субстанції, корі головного мозку та мигдалині.

Пошкодження ЦНС можуть бути викликані інсультом, нейродегенеративними розладами, травмою або енцефалопатією. Нині досліджуються кілька методів лікування пошкоджень ЦНС:

• імплантація стовбурових клітин безпосередньо в місце пошкодження
• доставка морфогенів до місця пошкодження
• вирощування нервової тканини in vitro з нейронними стовбуровими або клітинами-попередниками в 3D каркасі.

Запропоноване використання електропрядених полімерних волокнистих каркасів для нейронних субстратів відновлення датується щонайменше 1986 роком у заявці NIH SBIR від Simon.

Для ПНС відірваний нерв можна повторно з’єднати та повторно іннервувати за допомогою трансплантатів або спрямування існуючого нерва через канал.

Нещодавні дослідження створення мініатюрної кори головного мозку, відомої як кортикопоез, і моделей мозку, відомих як церебральні органоїди, є методами, які можуть сприяти розвитку регенерації нервової тканини. Природні кортикальні попередники кортикопоезу — це нервові тканини, які можуть бути ефективно вбудовані в мозок.

Церебральні органоїди — це тривимірні плюрипотентні стовбурові клітини людини, розвинені в секції кори головного мозку, що свідчить про наявність потенціалу для ізоляції та розвитку певних нервових тканин за допомогою нейронних попередників.

Дослідження 2023 року показало, що органоїди людського мозку успішно інтегруються із зоровою системою дорослого щура після трансплантації у великі пошкоджені порожнини зорової кори.

Іншою ситуацією, що вимагає імплантації чужорідної тканини, є використання записуючих електродів. Хронічні електродні імплантати – це інструмент, який використовується в дослідницьких програмах для запису сигналів із областей кори головного мозку . Дослідження стимуляції нейронів ПНС у пацієнтів з паралічем і протезуванням може розширити знання про реіннервацію нервової тканини як у ПНС, так і в ЦНС. Це дослідження здатне зробити один складний аспект інженерії нервової тканини — функціональну іннервацію нервової тканини — більш керованою.

Центральна нервова система (ЦНС)

Причини ураження ЦНС

Є три основні причини ураження ЦНС: інсульт, черепно-мозкова травма (ЧМТ) або ускладнення розвитку. Інсульти класифікуються як геморагічні (коли судина пошкоджена до ступеня крововиливу в мозок) або ішемічні (коли тромб блокує кровотік через судину в мозку). Коли відбувається крововилив, кров просочується в навколишні тканини, що призводить до відмирання тканин, тоді як ішемічні крововиливи призводять до відсутності кровотоку до певних тканин. Черепно-мозкова травма викликається зовнішніми силами, що впливають на череп або спинний мозок. Проблеми з розвитком ЦНС призводять до аномального росту тканин під час розвитку, таким чином знижуючи функцію ЦНС.

Огляд 2023 року підсумував основні причини обмеженої регенерації в ЦНС: (1) неспроможність утворити клітинні або молекулярні субстрати для прикріплення аксонів і їх подовження через місце ураження; (2) фактори зовнішнього середовища, включаючи інгібітори росту аксонів, пов'язаних з мієліном і позаклітинним матриксом; (3) реакції астроцитів, які можуть як обмежувати, так і підтримувати ріст аксона; і (4) внутрішньонейронні механізми, що контролюють встановлення активної програми клітинного росту.

Нормальний розвиток мозку (ліворуч), мікроцефалія (праворуч)

Лікування та дослідження ЦНС

Імплантація стовбурових клітин на місце пошкодження

Стовбурові колонії ембріона людини (A), аксональні відростки (B)

Ембріональні стовбурові клітини миші (mESCs), ембріоїдні тіла (EBs)

Один із потенційних методів лікування ураження ЦНС включає культивування стовбурових клітин in vitro та імплантацію їх у місце ураження мозку. Імплантація стовбурових клітин безпосередньо в місце пошкодження запобігає утворенню гліальних рубців і сприяє нейрогенезу, що походить від пацієнта, але також створює деякі ризики — ризик розвитку пухлини, запалення та міграції стовбурових клітин з місця пошкодження. Пухлиноутворення може виникнути через неконтрольований характер диференціації стовбурових клітин, запалення може виникнути через відторгнення імплантованих клітин клітинами-господарями, а висока міграційна природа стовбурових клітин призводить до того, що клітини віддаляються від місця пошкодження, тому не надає бажаний вплив на місце пошкодження.

Інші проблеми інженерії нервової тканини включають створення безпечних джерел стовбурових клітин і отримання відтворюваних результатів від лікування до лікування.

Крім того, ці стовбурові клітини можуть діяти як носії для інших методів лікування, хоча позитивні ефекти використання стовбурових клітин як механізму доставки не підтверджені. Пряма доставка стовбурових клітин має підвищений корисний ефект, якщо вони запрограмовані як нейронні клітини in vitro.

Дослідження 2020 року показали, що трансплантати нейронних клітин-попередників (NPC), отримані зі спинного мозку, інтегруються в ушкоджений спинний мозок хазяїна, забезпечують надійну регенерацію кортикоспинального аксона та відновлюють функцію передніх кінцівок після травми спинного мозку у гризунів.

Доставка молекул до місця пошкодження

Молекули, які сприяють регенерації нервової тканини, включаючи фармацевтичні препарати, фактори росту, відомі як морфогени, і мікроРНК також можуть бути безпосередньо введені в місце пошкодження пошкодженої тканини ЦНС.

Нейрогенез спостерігався також у тварин, яких лікували психотропними препаратами, через пригнічення зворотного захоплення серотоніну та індукцію нейрогенезу в мозку.

Коли стовбурові клітини диференціюються, клітини виділяють морфогени, такі як фактори росту, щоб сприяти здоровому розвитку. Ці морфогени допомагають підтримувати гомеостаз і нейронні сигнальні шляхи, і вони можуть бути доставлені в місце пошкодження для сприяння росту пошкоджених тканин. В даний час доставка морфогену має мінімальні переваги через взаємодію морфогенів з ушкодженою тканиною. Щоб лікування було ефективним, морфогени повинні бути присутніми в місці пошкодження в певній і постійній концентрації.

Було також показано, що мікроРНК впливає на нейрогенез, керуючи диференціюванням недиференційованих нейронних клітин.

Цілеспрямована реіннервація

Цілеспрямована реіннервація (Targeted reinnervation) — це метод реіннервації нейронних зв’язків у ЦНС та ПНС, зокрема у паралізованих пацієнтів та осіб з ампутованими кінцівками, які використовують протези кінцівок. Зараз досліджуються пристрої, які сприймають і записують електричні сигнали, що поширюються через нейрони у відповідь на намір людини рухатися. Це дослідження може пролити світло на те, як реіннервувати нейронні зв’язки між розірваними нервами ПНС і зв’язки між пересадженими 3D каркасами в ЦНС.

Імплантація нервової тканини, розробленої in vitro

Третій метод лікування пошкоджень ЦНС полягає у штучному створенні тканини поза тілом для імплантації в місце пошкодження. Цей метод може лікувати травми, які складаються з великих порожнин, де більша кількість нервової тканини потребує заміни та регенерації. Нервова тканина вирощується in vitro з нейронними стовбуровими клітинами або клітинами-попередниками в 3D каркасі, утворюючи ембріоїдні тіла. Ці ембріоїдні тіла складаються зі сфери стовбурових клітин, де внутрішні клітини є недиференційованими нервовими клітинами, а навколишні клітини стають все більш диференційованими. Тривимірні каркаси використовуються для трансплантації тканини до місця пошкодження та створення відповідного інтерфейсу між штучною та тканиною мозку.

Каркаси мають бути: біосумісними, біорозкладними, відповідати за розміром та формою місцю пошкодження, подібними до існуючої тканини за еластичністю та жорсткістю та підтримувати зростання клітин і тканин.

Поєднання використання спрямованих стовбурових клітин і каркасів для підтримки нервових клітин і тканин збільшує виживання стовбурових клітин у місці пошкодження, підвищуючи ефективність лікування.

Пептидні біорозкладні каркаси для інженерії нервової тканини.

Існує 6 різних типів каркасів, які досліджуються для використання в цьому методі лікування ушкоджень нервової тканини:

• Рідкі гідрогелі — це зшиті гідрофобні полімерні ланцюги, в яких нейронні стовбурові клітини вирощуються на поверхні гелю або інтегруються в гель під час зшивання полімерних ланцюгів. Основним недоліком рідких гідрогелів є обмежений захист клітин, які трансплантуються.
• Підтримуючі каркаси (Supportive scaffolds) — виготовлені з твердих кулькоподібних або мікропористих структур і можуть діяти як носії для трансплантованих клітин або факторів росту, які стовбурові клітини виділяють під час диференціювання. Клітини прилипають до поверхні матриці двовимірними шарами. Підтримуючі каркаси легко трансплантуються в місце пошкодження головного мозку через розміри скаффолдів. Вони забезпечують матрицю, що сприяє клітинній адгезії та агрегації, таким чином збільшуючи культуру здорових клітин.
• Каркаси для вирівнювання (Aligning scaffolds) — можуть бути на основі шовку, полісахаридів або на основі інших матеріалів, таких як багатий колагеном гідрогель. Ці гелі тепер покращені мікровізерунками на поверхні для сприяння розвитку нейронних відростків. Ці каркаси в основному використовуються для регенерації, яка має відбуватися в певній орієнтації, наприклад, при травмах спинного мозку.
• Інтегративні каркаси — в основному використовуються для захисту трансплантованих клітин від механічних пошкоджень, яким вони піддаються в процесі імплантації в місце пошкодження. Ці каркаси також зменшують ймовірність того, що запальні клітини, розташовані в місці пошкодження, мігрують у каркас зі стовбуровими клітинами. Помічено, що кровоносні судини проростають через каркас, таким чином каркас і клітини інтегруються в тканину господаря.
• Комбінація сконструйованих каркасів представляє варіант 3D-каркасу, який може мати як необхідні візерунки для адгезії клітин, так і гнучкість для адаптації до постійно мінливого середовища в місці пошкодження.
• Децелюляризовані каркаси ECM є варіантом для каркасів, оскільки вони більш точно імітують нативну тканину, але наразі ці каркаси можна зібрати лише з ампутацій і трупів.

Ці тривимірні каркаси можуть бути виготовлені за допомогою методів вилуговування частинок, газового спінювання, з’єднання волокон, лиття з розчинника або електроформування; кожна техніка створює каркас із властивостями, відмінними від інших технік.

Було показано, що успіх включення 3D каркасів у ЦНС залежить від стадії, на якій клітини диференціювалися. Пізніші стадії забезпечують більш ефективну імплантацію, тоді як клітини на більш ранніх стадіях повинні бути піддані впливу факторів, які змушують клітини диференціюватись і, таким чином, належним чином реагувати на сигнали, які клітини отримуватимуть у місці пошкодження ЦНС. Нейротрофічний фактор, отриманий з мозку, є потенційним кофактором для сприяння функціональній активації нейронів, отриманих з клітин ES, у місцях пошкодження ЦНС.

Полігідроксіалканоати є природними, біорозкладаними, термопластичними та стійкими біополімерами з величеким потенціалом у виготовленні біорозсмоктуваних каркасів для тканинної інженерії, зокерма для інженерії нервової тканини.

Периферична нервова система (ПНС)

Причини ураження ПНС

Травма ПНС може спричинити таке серйозне пошкодження, як розрив нерва, розщеплення нерва на проксимальну та дистальну частини. Дистальний нерв з часом дегенерує через бездіяльність, тоді як проксимальний кінець з часом набрякає. Дистальний кінець не дегенерує відразу, а набряк проксимального кінця не робить його нефункціональним, тому досліджуються методи відновлення зв’язку між двома кінцями нерва.

Лікування та дослідження ПНС

Хірургічне з'єднання

Одним із методів лікування пошкодження ПНС є хірургічне відновлення відірваного нерва шляхом взяття двох кінців нерва та їх зшивання. Під час зшивання нервів кожен пучок нерва знову з’єднується, з’єднуючи нерв разом. Хоча цей метод працює для розривів, які створюють невеликий проміжок між проксимальним і дистальним закінченнями нервів, цей метод не працює на проміжках більшої відстані через напругу, яку необхідно застосувати до нервових закінчень. Ця напруга призводить до дегенерації нерва, і тому нерв не може відновитися та сформувати функціональний нейронний зв’язок.

Пересадки тканин

Тканинні трансплантати використовують нерви або інші матеріали для з'єднання двох кінців відірваного нерва. Існує три категорії тканинних трансплантатів: трансплантати аутологічної тканини, трансплантати неавтологічної тканини та ацелюлярні трансплантати.

• Трансплантати аутологічної тканини пересаджують нерви з іншої частини тіла пацієнта, щоб заповнити проміжок між обома кінцями пошкодженого нерва. Ці нерви, як правило, є шкірними нервами, але й інші нерви були досліджені з обнадійливими результатами. Ці аутологічні нервові трансплантати є поточним золотим стандартом для трансплантації нервів ПНС через високу біосумісність аутологічних трансплантатів нервів, але існують проблеми щодо вилучення нерва у самих пацієнтів і можливості зберігати велику кількість аутологічних трансплантатів на майбутнє використовування.

• Неавтологічні та ацелюлярні трансплантати (включаючи матеріали на основі позаклітинного матриксу) — це тканини, які не походять від пацієнта, а можуть бути зібрані з трупів (відомі як алогенні тканини) або тварин (відомі як ксеногенні тканини). Хоча ці тканини мають перевагу перед аутологічними тканинними трансплантатами, оскільки тканину не потрібно брати у пацієнта, виникають труднощі з потенційною передачею захворювання та, отже, імуногенними проблемами. Наразі досліджуються методи усунення імуногенних клітин, залишаючи позаклітинно-матричні-компоненти тканини, щоб підвищити ефективність трансплантатів неаутологічної тканини.

Наведення

Регенерація з наведенням у периферичних аксонах рибки даніо

Методи керування регенерацією ПНС використовують нервові направляючі канали, щоб допомогти аксонам відновити правильний шлях, і можуть спрямовувати фактори росту, що виділяються обома кінцями нерва, для сприяння росту та повторному з’єднанню. Методи наведення зменшують утворення рубців на нервах, збільшуючи функціональність нервів для передачі потенціалів дії після повторного підключення. У керівних методах регенерації ПНС використовуються два види матеріалів: натуральні та синтетичні.

• Матеріали на натуральній основі – це модифіковані каркаси, що походять від компонентів позаклітинного матриксу і глікозаміногліканів. Ламінін, колаген і фібронектин, які є компонентами позаклітинного матриксу, направляють розвиток аксонів і сприяють нервовій стимуляції та активності. Інші молекули, які можуть сприяти відновленню нервів, це: гіалуронова кислота, фібриноген, фібринові гелі, самозбірні пептидні каркаси, альгінат, агароза та хітозан.

• Синтетичні матеріали забезпечують метод регенерації тканин, за допомогою якого можна контролювати хімічні та фізичні властивості трансплантата. Оскільки властивості матеріалу можуть бути визначені для ситуації, в якій він використовується, синтетичні матеріали є привабливим варіантом для регенерації ПНС. Використання синтетичних матеріалів пов’язане з певними проблемами, такими як: формування матеріалу трансплантата до необхідних розмірів, здатність до біологічного розкладання, стерилізація, стійкість до розривів, легкість у роботі, низький ризик інфікування та низька реакція на запалення завдяки матеріалу. Матеріал також повинен підтримувати канал під час регенерації нерва. В даний час найбільш часто досліджувані матеріали зосереджені на поліефірах, але також досліджуються біорозкладаний поліуретан, інші полімери та біорозкладне скло . Іншими можливостями для синтетичних матеріалів є електропровідні полімери та полімери, біологічно модифіковані для сприяння росту аксонів клітин і підтримки аксонного каналу.

Цілеспрямована реіннервація

Цілеспрямована реіннервація (Targeted reinnervation) — це метод реіннервації нейронних зв’язків у ЦНС та ПНС, зокрема у паралізованих пацієнтів та осіб з ампутованими кінцівками, які використовують протези кінцівок. Зараз досліджуються пристрої, які сприймають і записують електричні сигнали, що поширюються через нейрони у відповідь на намір людини рухатися. Це дослідження може пролити світло на те, як реіннервувати нейронні зв’язки між розірваними нервами ПНС і зв’язки між пересадженими 3D каркасами в ЦНС.

Пов'язані дослідження

Моделювання розвитку тканин мозку in vitro

Блок-схема церебральних органоїдів

Двома моделями розвитку тканин мозку є церебральні органоїди та кортикопоез.

Ці моделі забезпечують in vitro модель нормального розвитку мозку , але ними можна маніпулювати, щоб дослідити нейронні дефекти. Таким чином, дослідники можуть вивчати механізми здорового та неправильного розвитку за допомогою цих моделей. Ці тканини можна виготовити або з мишачих ембріональних стовбурових клітин (ЕСК), або з людських. Мишачі ЕСК культивують у білку, який називається 'інгібітор Sonic Hedgehog', щоб сприяти розвитку дорсального переднього мозку та вивчати долю кори. Показано, що цей метод створює аксональні шари, які імітують широкий спектр кортикальних шарів. Тканини, отримані з ЕСК людини, використовують плюрипотентні стовбурові клітини для формування тканин на каркасі, утворюючи людські ембріоїдні тіла. Ці тканини, отримані з ЕСК людини, утворюються шляхом культивування плюрипотентних ембріоїдних тіл людини в обертовому біореакторі.

Церебральні органоїди

Церебральні органоїди, також відомі як органоїди мозку, є тривимірними (3D) структурами, створеними з плюрипотентних стовбурових клітин людини. Такі органоїди нагадують людський мозок, що розвивається, з точки зору типів клітин, організації та функціональності. Церебральні органоїди здатні повторювати різні аспекти розвитку людського мозку, включаючи проліферацію нервових клітин-попередників, диференціацію нейронів, формування окремих ділянок мозку і навіть формування синапсів.

Ці органоїди зазвичай утворюються шляхом культивування плюрипотентних стовбурових клітин людини в 3D-матриці, яка сприяє утворенню нервових клітин-попередників, які диференціюються та самоорганізуються в різні типи клітин мозку. Церебральні органоїди широко використовуються в дослідженнях нейророзвитку для вивчення клітинних і молекулярних механізмів розвитку людського мозку та моделювання різних неврологічних розладів.

Дослідження 2023 року, опубліковане в Nature Protocols, показало можливість створення фоточутливих органоїдів переднього мозку, що утворили примітивні епітеліальні та лінзоподібні клітини рогівки, пігментний епітелій сітківки, клітини-попередники сітківки, аксоноподібні проекції та електрично активні нейронні мережі.

Використання церебральних органоїдів у дослідженнях має потенціал для значного вдосконалення нашого розуміння людського мозку та надання нових уявлень про розвиток і лікування неврологічних розладів.

Дослідження органоїдного інтелекту

Органоїдний інтелект

Органоїдний інтелект (ОІ) — це нова міждисциплінарна галузь, зосереджена на розробці біологічних обчислень із використанням 3D-культур клітин людського мозку (органоїдів мозку) і технологій інтерфейсу мозок-машина. Біобчислювальні системи на основі OI мають потенціал для швидшого прийняття рішень, безперервного навчання під час виконання завдань і більшої ефективності використання енергії та даних, ніж обчислення на основі кремнію та штучного інтелекту. Розвиток OI може покращити наше розуміння розвитку мозку, навчання, пам’яті та потенційно допоможе знайти лікування неврологічних розладів, таких як деменція.

OI включає збільшення органоїдів мозку в складні, міцні 3D-структури, збагачені клітинами та генами, пов’язаними з навчанням, підключення їх до пристроїв введення та виведення наступного покоління та систем ШІ/машинного навчання. Для цього потрібні нові моделі, алгоритми та технології інтерфейсу, щоб спілкуватися з органоїдами мозку, розуміти, як вони навчаються та обчислюють, а також обробляти та зберігати величезні обсяги даних, які вони генерують.

Дослідження in vivo

Церебральні органоїди людини з клітин людського мозку під час розвитку.

Трансплантація кортикальних стовбурових клітин показала багатообіцяючий потенціал для відновлення мозку. Однак ефективність сучасних моделей трансплантації в кодуванні корисної функції для хазяїна через отримані від трансплантації нейрони все ще обмежена. Це пояснюється відсутністю деяких типів клітин у трансплантатах, аномальними пропорціями типів клітин, аномальною цитоархітектурою та неефективною васкуляризацією.

Щоб усунути ці обмеження, була розроблена платформа трансплантації для тестування прототипів неокортикальної тканини. Платформа включала трансплантацію дисоційованих мишачих ембріональних теленцефальних клітин у рідкому каркасі в уражену аспірацією кору кори дорослої миші. Попередники донорських нейронів диференціювалися на нейрони верхнього та глибокого шарів, які демонстрували синаптичні точки, проектувалися за межі трансплантата у відповідні ділянки мозку, ставали електрофізіологічно активними протягом одного місяця після трансплантації та реагували на візуальні стимули. Інтернейрони та олігодендроцити були присутні в трансплантатах з нормальною щільністю. Трансплантати повністю васкуляризувалися через тиждень після трансплантації. Клітини також були організовані в шари. Ця платформа in vivo пропонує підтвердження концепції розробки та тестування прототипів тканин, схожих на неокорку, які можуть мати наслідки для відновлення мозку та регенеративної медицини.

Трансплантація органоїдів

Трансплантація коркових органоїдів людини в кору головного мозку щурів, що розвивається

Дослідження 2023 року показало, що органоїди людського мозку успішно інтегруються із зоровою системою дорослого щура після трансплантації у великі пошкоджені порожнини зорової кори. Транссинаптичне відстеження на основі вірусів виявило полісинаптичний шлях між трансплантованими людськими органоїдними нейронами та сітківкою щура-господаря, та взаємний зв’язок між трансплантатом та іншими регіонами зорової системи. Візуальна стимуляція тварин-господарів викликає відповіді в органоїдних нейронах, включаючи вибірковість орієнтації. Ці результати демонструють здатність органоїдів людського мозку приймати складні функції після введення у великі порожнини травми, пропонуючи трансляційну стратегію для відновлення функції після пошкодження кори.

Ще одне дослідження на мишах, опубліковане в травні 2023 року в npj Regenerative Medicine, що досліджувало використання мозкових органоїдів для відновлення функціональної нервової тканини в місці ураження після ішемічного інсульту, показало:

"...Через кілька місяців ми виявили, що трансплантовані органоїди добре вижили в ураженому інфарктом ядрі, диференціювалися в цільові нейрони, відновлювали інфарктну тканину, посилали аксони до віддалених мішеней мозку та інтегрувалися в нейронний ланцюг господаря, тим самим усуваючи сенсомоторні дефекти поведінки мишей, які перенесли інсульт, тоді як трансплантація дисоційованих окремих клітин з органоїдів не привела до відновлення ураженої інфарктом тканини."

Див.також

• Тканинна іженерія
• Друк органів
• Регенеративна медицина
• Нейропластичність
• Нейроінженерія

Література

Книги

• Advances in CNS Repair, Regeneration, and Neuroplasticity: From Basic Mechanisms to Therapeutic Strategies. / Li, Shuxin; Wu, Junfang; Tedeschi, Andrea, 2022 — Frontiers Media SA. ISBN 978-2-88974-633-0.
• Replacing Aging / Jean M Hébert Ph.D. / 2021 / ISBN 979-8577571191
• Principles of Tissue Engineering (5th Edition) / Роберт Ланца, Роберт Ленджер, Joseph P. Vacanti, Anthony Atala. / London, 2020. ISBN 978-0-12-821401-5.

Журнали

• Tissue Engineering and Regenerative Medicine
• Tissue Engineering: part A & part B: Reviews & part C: Methods
• Journal of Tissue Engineering
• TERM: Tissue Engineering & Regenerative Medicine
• Nature Biomedical Engineering
• Bioengineering
• Biofabrication
• International Journal of Bioprinting

Статті

• An In Vivo Platform for Rebuilding Functional Neocortical Tissue — Quezada A, Ward C, Bader ER, Zolotavin P, Altun E, Hong S, Killian NJ, Xie C, Batista-Brito R, Hébert JM. / 2023
• Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system — Dennis Jgamadze, James T. Lim, Zhijian Zhang, Paul M. Harary et al. / 2023
• Current Advancements in Spinal Cord Injury Research—Glial Scar Formation and Neural Regeneration. — Clifford Tanner; Finkel Zachary; Cai Li та ін. / 2023
• Tissue Engineering in Neuroscience: Applications and Perspectives — Zhang et al. / 2022
• Neural tissue engineering: From bioactive scaffolds and in situ monitoring to regeneration — B. Gong et al. / 2022
• Tissue-Engineered Models of the Human Brain: State-of-the-Art Analysis and Challenges (review, pdf) — G. Tarricone et al. / 2022
• Potential Variables for Improved Reproducibility of Neuronal Cell Grafts at Stroke Sites — Krzyspiak J, Khodakhah K, Hébert JM. / 2022
• Biomaterials for Neural Tissue Engineering — L.R. Doblado et al. / 2021
• Neural activity promotes long-distance, target-specific regeneration of adult retinal axons. / Lim, J. H., Stafford, B. K., Nguyen, P. L., Lien, B. V., Wang, C., Zukor, K., He, Z., & Губерман Ендрю / Nature Neuroscience, 19(8), 1073–1084.

Посилання

• Institute of Neural Regeneration & Tissue Engineering
• The Hébert Lab — Albert Einstein College of Medicine

Відео

• Can the damaged brain repair itself? — Siddharthan Chandran. TED [відео] / 2013
• Neural Tissue Engineering: How to Restore Structure and Function of 3D Neural Tissue? [відео] / 2021
• Nerve Guides as Nerve Tissue Engineering Biomaterials [відео] / 2021
• Present approaches for neural tissue regeneration: Neurostimspinal project [відео] / 2021

Примітки

1. Doerr, Jonas; Schwarz, Martin Karl; Wiedermann, Dirk; Leinhaas, Anke; Jakobs, Alina; Schloen, Florian; Schwarz, Inna; Diedenhofen, Michael та ін. (19 січня 2017). Whole-brain 3D mapping of human neural transplant innervation. Nature Communications (англ.) 8 (1). с. 14162. ISSN 2041-1723. doi:10.1038/ncomms14162. Процитовано 11 лютого 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
2. Zhang, Xiaoge; Liu, Fuyao; Gu, Zhen (2023-01). Tissue Engineering in Neuroscience: Applications and Perspectives. BME Frontiers (англ.) 4. ISSN 2765-8031. doi:10.34133/bmef.0007. Процитовано 9 червня 2023. 
3. Giulia Tarricone, Irene Carmagnola, and Valeria Chiono (2022). Tissue-Engineered Models of the Human Brain: State-of-the-Art Analysis and Challenges. https://doi.org/10.3390/jfb13030146 (eng). Journal of Functional Biomaterials 13, 146. 
4. Doblado, Laura Rodríguez; Martínez-Ramos, Cristina; Pradas, Manuel Monleón (2021). Biomaterials for Neural Tissue Engineering. Frontiers in Nanotechnology 3. ISSN 2673-3013. doi:10.3389/fnano.2021.643507/full. Процитовано 14 лютого 2023. 
5. Schmidt, Christine E.; Leach, Jennie Baier (2003-08). Neural Tissue Engineering: Strategies for Repair and Regeneration. Annual Review of Biomedical Engineering (англ.) 5 (1). с. 293–347. ISSN 1523-9829. doi:10.1146/annurev.bioeng.5.011303.120731. Процитовано 11 лютого 2023. 
6. Temple, Sally (November 2001). The development of neural stem cells. Nature 414 (6859): 112–117. Bibcode:2001Natur.414..112T. PMID 11689956. doi:10.1038/35102174. 
7. Forraz, N; Wright, Ke; Jurga, M; McGuckin, Cp (2013-07). Experimental therapies for repair of the central nervous system: stem cells and tissue engineering: Experimental therapies: brain tissue engineering. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine (англ.) 7 (7). с. 523–536. doi:10.1002/term.552. Процитовано 11 лютого 2023. 
8. Simon, Eric M. (1986). NIH SBIR PHASE I GRANT APPLICATION: FIBROUS SUBSTRATES FOR CELL CULTURE (PDF Download Available). ResearchGate (англ.). Процитовано 22 травня 2017. 
9. Gaspard, Nicolas; Gaillard, Afsaneh; Vanderhaeghen, Pierre (15 серпня 2009). Making cortex in a dish: In vitro corticopoiesis from embryonic stem cells. Cell Cycle 8 (16). с. 2491–2496. ISSN 1538-4101. PMID 19597331. doi:10.4161/cc.8.16.9276. Процитовано 11 лютого 2023. 
10. Lancaster, Madeline A.; Renner, Magdalena; Martin, Carol-Anne; Wenzel, Daniel; Bicknell, Louise S.; Hurles, Matthew E.; Homfray, Tessa; Penninger, Josef M. та ін. (2013-09). Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature (англ.) 501 (7467). с. 373–379. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/nature12517. Процитовано 11 лютого 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
11. Jgamadze, Dennis; Lim, James T.; Zhang, Zhijian; Harary, Paul M.; Germi, James; Mensah-Brown, Kobina; Adam, Christopher D.; Mirzakhalili, Ehsan та ін. (2 лютого 2023). Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system. Cell Stem Cell (English) 30 (2). с. 137–152.e7. ISSN 1934-5909. PMC PMC9926224. PMID 36736289. doi:10.1016/j.stem.2023.01.004. Процитовано 15 квітня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
12. Tenore, Francesco; Vogelstein, Jacob (2011). Revolutionizing Prothetics: Devices for Neural Integration. Johns Hopkins APL Technical Digest 30 (3): 230–39. 
13. Zheng, Binhai; Tuszynski, Mark H. (2023-06). Regulation of axonal regeneration after mammalian spinal cord injury. Nature Reviews Molecular Cell Biology (англ.) 24 (6). с. 396–413. ISSN 1471-0080. doi:10.1038/s41580-022-00562-y. Процитовано 10 червня 2023. 
14. Poplawski, Gunnar HD; Tuszynski, Mark H (2020-01). Regeneration of Corticospinal Axons into Neural Progenitor Cell Grafts After Spinal Cord Injury. Neuroscience Insights (англ.) 15. с. 263310552097400. ISSN 2633-1055. PMC PMC7691939. PMID 33283187. doi:10.1177/2633105520974000. Процитовано 10 червня 2023. 
15. Cao, Liying; Wang, Yongjie; Huang, Zhihui (1 лютого 2021). Reversion of Injured Adult Neurons to an Embryonic State by Grafts of Neural Progenitor Cells After Spinal Cord Injury. Neuroscience Bulletin (англ.) 37 (2). с. 271–274. ISSN 1995-8218. PMC PMC7870728. PMID 32968955. doi:10.1007/s12264-020-00584-6. Процитовано 10 червня 2023. 
16. Ko, J; Mohtaram NK; Ahmed F (September 2013). Fabrication of poly (ϵ-caprolactone) microfiber scaffolds with varying topography and mechanical properties for stem cell-based tissue engineering applications.. Journal of Biomaterials Science, Polymer Edition 25 (1): 1–17. PMID 23998440. doi:10.1080/09205063.2013.830913. 
17. Sheen, V. L.; Arnold, M. W.; Wang, Y.; Macklis, J. D. (July 1999). Neural precursor differentiation following transplantation into neocortex is dependent on intrinsic developmental state and receptor competence. Experimental Neurology 158 (1): 47–62. PMID 10448417. doi:10.1006/exnr.1999.7104. 
18. Copi, A; Jungling, K.; Gottmann, K. (November 2005). Activity- and BDNF-induced plasticity of miniature synaptic currents in ES cell-derived neurons integrated in a neocortical network. Journal of Neurophysiology 94 (6): 4538–43. PMID 16293594. doi:10.1152/jn.00155.2005. 
19. Nigmatullin, Rinat; Taylor, Caroline S; Basnett, Pooja; Lukasiewicz, Barbara; Paxinou, Alexandra; Lizarraga-Valderrama, Lorena R; Haycock, John W; Roy, Ipsita (1 січня 2023). Medium chain length polyhydroxyalkanoates as potential matrix materials for peripheral nerve regeneration. Regenerative Biomaterials 10. ISSN 2056-3426. PMC PMC10369215. PMID 37501678. doi:10.1093/rb/rbad063. Процитовано 5 серпня 2023. 
20. Gong, Bowen; Zhang, Xindan; Zahrani, Ahmed Al; Gao, Wenwen; Ma, Guolin; Zhang, Liqun; Xue, Jiajia (2022-06). Neural tissue engineering: From bioactive scaffolds and in situ monitoring to regeneration. Exploration (англ.) 2 (3). с. 20210035. ISSN 2766-2098. doi:10.1002/EXP.20210035. Процитовано 14 лютого 2023. 
21. Eichmüller, Oliver L.; Knoblich, Juergen A. (2022-11). Human cerebral organoids — a new tool for clinical neurology research. Nature Reviews Neurology (англ.) 18 (11). с. 661–680. ISSN 1759-4766. doi:10.1038/s41582-022-00723-9. Процитовано 13 червня 2023. 
22. Setia, Harpreet; Muotri, Alysson R. (1 листопада 2019). Brain organoids as a model system for human neurodevelopment and disease. Seminars in Cell & Developmental Biology (англ.) 95. с. 93–97. ISSN 1084-9521. PMC PMC6755075. PMID 30904636. doi:10.1016/j.semcdb.2019.03.002. Процитовано 13 червня 2023. 
23. Trujillo, Cleber A.; Muotri, Alysson R. (2018-12). Brain Organoids and the Study of Neurodevelopment. Trends in Molecular Medicine 24 (12). с. 982–990. ISSN 1471-4914. PMC PMC6289846. PMID 30377071. doi:10.1016/j.molmed.2018.09.005. Процитовано 13 червня 2023. 
24. Xu, Jie; Wen, Zhexing (10 вересня 2021). Brain Organoids: Studying Human Brain Development and Diseases in a Dish. Stem Cells International (англ.) 2021. с. e5902824. ISSN 1687-966X. PMC PMC8448601. PMID 34539790. doi:10.1155/2021/5902824. Процитовано 13 червня 2023. 
25. Sun, Nan; Meng, Xiangqi; Liu, Yuxiang; Song, Dan; Jiang, Chuanlu; Cai, Jinquan (22 квітня 2021). Applications of brain organoids in neurodevelopment and neurological diseases. Journal of Biomedical Science (англ.) 28 (1). ISSN 1423-0127. PMC PMC8063318. PMID 33888112. doi:10.1186/s12929-021-00728-4. Процитовано 13 червня 2023. 
26. Gabriel, Elke; Albanna, Walid; Pasquini, Giovanni; Ramani, Anand; Josipovic, Natasa; Mariappan, Aruljothi; Riparbelli, Maria Giovanna; Callaini, Giuliano та ін. (2023-06). Generation of iPSC-derived human forebrain organoids assembling bilateral eye primordia. Nature Protocols (англ.) 18 (6). с. 1893–1929. ISSN 1750-2799. doi:10.1038/s41596-023-00814-x. Процитовано 5 серпня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
27. Smirnova, Lena; Caffo, Brian S.; Gracias, David H.; Huang, Qi; Morales Pantoja, Itzy E.; Tang, Bohao; Zack, Donald J.; Berlinicke, Cynthia A. та ін. (28 лютого 2023). Organoid intelligence (OI): the new frontier in biocomputing and intelligence-in-a-dish. Frontiers in Science 1. с. 1017235. ISSN 2813-6330. doi:10.3389/fsci.2023.1017235. Процитовано 2 травня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
28. Organoid intelligence: a new biocomputing frontier. Frontiers (англ.). Процитовано 23 червня 2023. 
29. Revah, Omer; Gore, Felicity; Kelley, Kevin W.; Andersen, Jimena; Sakai, Noriaki; Chen, Xiaoyu; Li, Min-Yin; Birey, Fikri та ін. (2022-10). Maturation and circuit integration of transplanted human cortical organoids. Nature (англ.) 610 (7931). с. 319–326. ISSN 1476-4687. doi:10.1038/s41586-022-05277-w. Процитовано 3 травня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
30. Crouch, Elizabeth E.; Joseph, Tara; Marsan, Elise; Huang, Eric J. (2023-05). Disentangling brain vasculature in neurogenesis and neurodegeneration using single-cell transcriptomics. Trends in Neurosciences. ISSN 0166-2236. doi:10.1016/j.tins.2023.04.007. Процитовано 13 червня 2023. 
31. Quezada Alexandra, Claire Ward, Edward R. Bader, Pavlo Zolotavin, Esra Altun, Sarah Hong, Nathaniel J. Killian, Chong Xie, Renata Batista-Brito, and Jean M. Hébert. (16 Лютого 2023). An In Vivo Platform for Rebuilding Functional Neocortical Tissue (eng). Bioengineering. doi:10.3390/bioengineering10020263. 
32. Jgamadze, Dennis; Lim, James T.; Zhang, Zhijian; Harary, Paul M.; Germi, James; Mensah-Brown, Kobina; Adam, Christopher D.; Mirzakhalili, Ehsan та ін. (2 лютого 2023). Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system. Cell Stem Cell (English) 30 (2). с. 137–152.e7. ISSN 1934-5909. PMC PMC9926224. PMID 36736289. doi:10.1016/j.stem.2023.01.004. Процитовано 15 квітня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)
33. Wang, Meiyan; Gage, Fred H.; Schafer, Simon T. (2023-04). Transplantation Strategies to Enhance Maturity and Cellular Complexity in Brain Organoids. Biological Psychiatry 93 (7). с. 616–621. ISSN 0006-3223. doi:10.1016/j.biopsych.2023.01.004. Процитовано 2 травня 2023. 
34. Cao, Shi-Ying; Yang, Di; Huang, Zhen-Quan; Lin, Yu-Hui; Wu, Hai-Yin; Chang, Lei; Luo, Chun-Xia; Xu, Yun та ін. (30 травня 2023). Cerebral organoids transplantation repairs infarcted cortex and restores impaired function after stroke. npj Regenerative Medicine (англ.) 8 (1). ISSN 2057-3995. PMC PMC10229586. PMID 37253754. doi:10.1038/s41536-023-00301-7. Процитовано 10 червня 2023.  рекомендується |displayauthors= (довідка)