利用三维打印技术构建出类似大脑分层结构的神经细胞组织，并在其中精密观测神经细胞活动的综合平台已在国内开发成功。
KAIST表示，生物与脑工学系的 Park Jegyun 教授和 Nam Yunki 教授共同研究团队，利用与脑组织具有相似力学特性的低黏度天然水凝胶，制作出高分辨率三维多层神经细胞网络，开发出一款可同时分析脑神经细胞结构与功能连接性的综合平台。相关消息于16日公布。
以往的生物打印技术为了保证结构稳定性，必须使用高黏度生物墨水。但这会限制神经细胞的增殖和神经突起生长，而对神经细胞更为友好的低黏度水凝胶又难以形成精细图案。因此，要同时分析结构稳定性和生物学功能并不容易。
与此不同的是，共同研究团队利用稀薄凝胶精确构建脑结构，并使各层精确对齐，结合三项核心技术，完成了能够同时观测神经细胞活动的仿脑平台。
三项核心技术分别是“毛细管固定效应”“三维打印对位器”“双模式分析系统”。
毛细管固定效应，是指让稀薄凝胶（水凝胶）不流淌，而是完整附着在不锈钢铁网（微网格）上的技术，可比以往高出6倍精度（分辨率低于500微米）再现脑结构。
三维打印对位器采用圆筒型设计，使打印出的各层在堆叠时不会歪斜，能够精确组装多层结构体，并确保其与微电极芯片的稳定结合。
双模式分析系统则是在下层测量电信号，在上层通过光学手段（钙成像）观测细胞活动，从而可以以多种方式同时确认层间连接是否真正发挥作用。
共同研究团队通过这三项核心技术，利用与大脑相似弹性特性的纤维蛋白水凝胶，采用三维打印实现了由三层构成的“迷你大脑”结构，并通过实验证明了其中真实神经细胞之间传递信号的过程。
在实验中，研究团队在上层和下层布置大脑神经细胞，中层则保持空置，但设计为让神经细胞从中间穿过并形成连接。
同时，在下层安装微型传感器（电极芯片）以测量电信号，上层则通过光学手段（钙成像）观测细胞活动。
在这一过程中，当施加电刺激时，上下层神经细胞会同步反应，而在加入阻断神经连接的药物（突触阻断剂）后，反应减弱，由此确认在神经细胞处于连接状态时，彼此之间正在进行信号传递。
Park Jegyun 教授表示：“本次研究的意义在于开发出一个能够同时再现脑组织复杂多层结构和功能的综合平台。共同研究团队开发的这一综合平台，今后有望应用于神经疾病建模、脑功能研究、神经毒性评估以及神经保护药物筛选等多种脑研究领域。”
此次研究得到了韩国研究财团全球基础研究室支援项目、中坚研究项目及生物·医疗技术开发项目的资助。
本次研究由 KAIST 生物与脑工学系的 Kim Suji 博士和 Yoon Dongjo 博士共同担任第一作者，研究成果（论文）已于上月11日发表在国际学术期刊《Biosensors and Bioelectronics》在线版上。
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