سجلت مجموعة صغيرة من الأقطاب الكهربائية الدقيقة الموجودة أسفل الخلايا النشاط الكهربائي في الجل المحيط بالخلايا، بينما قامت الأقطاب الكهربائية الأخرى بتحفيز الخلايا العصبية مباشرة وسجلت استجاباتها. وباستخدام صبغة الفلورسنت لتصور حركة أيونات الكالسيوم تحت المجهر، تمكن الفريق من مشاهدة الخلايا وهي تتواصل كيميائيا. يقول فورسيث: “لقد تصرفوا كما كنا نتوقع”. “لم تكن هناك مفاجآت.”
في حين أنه قد لا يكون من المستغرب أن تتصرف هذه الخلايا العصبية، حسنًا، الخلايا العصبية، انها صفقة كبيرة. عندما يتعلق الأمر بالتطبيقات الطبية الحيوية المحتملة مثل اكتشاف الأدوية ودراسة الأمراض التنكسية العصبية، فإن قيمة الشبكات العصبية لا تقل أهمية عن كونها وظيفية.
يبدأ ذلك بالتأكد من عدم قتل الخلايا عند طباعتها. عندما تعمل الطابعات ثلاثية الأبعاد القياسية مع خيوط بلاستيكية، فإنها تقوم بإذابة البلاستيك لجعله قابلاً للتشكيل، وتسخينه إلى درجات حرارة أعلى بكثير من تلك الموجودة في جسم الإنسان. وهذا ليس بداية بالنسبة للخلايا العصبية، وهي خلايا دقيقة للغاية لا يمكنها البقاء على قيد الحياة إلا في المواد الهلامية التي تمت معايرتها بعناية والتي تحاكي بشكل وثيق خصائص الأدمغة الإسفنجية ذات درجة حرارة الجسم. يقول مور: “إن صنع مادة هلامية ناعمة مثل الدماغ، ولكن لا يزال بإمكانك طباعتها من خلال طابعة ثلاثية الأبعاد، أمر صعب للغاية”.
“من المهم عدم قتل الخلايا. تضيف ستيفاني ويلرث، أستاذة الهندسة الطبية الحيوية بجامعة فيكتوريا في كندا، والتي لم تشارك في هذه الدراسة، “لكن مع الخلايا العصبية، من المهم حقًا عدم قتل نشاطك الكهربائي”. غالبًا ما استبعدت الإصدارات السابقة من الأنسجة العصبية المطبوعة ثلاثية الأبعاد الخلايا الدبقية، التي تساعد في الحفاظ على بيئة ترحيبية لجيرانها من الخلايا العصبية الحساسة. وبدونها، “لا تزال الخلايا العصبية تتمتع ببعض النشاط الكهربائي، لكنها لن تكرر بشكل كامل ما تراه في الجسم”، كما تقول.
يعتقد ويلرث أن التجربة الجديدة واعدة. يقول ويلرث: إن هذه الشبكات العصبية مصنوعة من خلايا الفئران، لكنها “دليل على المفهوم الذي يوضح أنه يمكنك في النهاية القيام بذلك باستخدام الخلايا البشرية”. ومع ذلك، ستحتاج التجارب المستقبلية إلى تكرار هذا المستوى من الوظيفة في الخلايا البشرية قبل أن يتم استخدام نماذج الشبكة العصبية هذه في الأبحاث الترجمية والطب.
هناك أيضًا مشكلة في الحجم. احتوت الأنسجة المطبوعة في تجربة موناش على بضعة آلاف من الخلايا العصبية في كل مليمتر مربع، وهو ما يصل إلى بضع مئات الآلاف من الخلايا في كل بنية مقاس 8 × 8 × 0.4 ملم. لكن الدماغ البشري لديه حوالي 16 مليار خلية عصبية في القشرة وحدها، ناهيك عن مليارات الخلايا الدبقية.
وكما يشير مور، فإن الطباعة ثلاثية الأبعاد لمثل هذه الأنسجة الرقيقة تكون بطيئة نسبيًا، حتى عندما يكون المنتج النهائي صغيرًا. ويتعين علينا بذل المزيد من العمل قبل أن نتمكن من توسيع نطاق هذه التقنية الدقيقة والبطيئة من مختبرات الأبحاث الأكاديمية إلى شركات الأدوية الكبرى، حيث تختبر الشركات في كثير من الأحيان عشرات الأدوية في وقت واحد. يقول مور: “الأمر ليس مستحيلاً”. “سيكون الأمر صعبًا.” (بدأت شركة AxoSim، وهي شركة ناشئة في مجال الهندسة العصبية شارك مور في تأسيسها، في بناء نماذج ثلاثية الأبعاد للخلايا العصبية البشرية والأعصاب الطرفية لاختبار الأدوية التجارية.)
وفي حين أن هذه التكنولوجيا لديها القدرة على استبدال الحيوانات في العديد من البيئات البحثية، من علم الأعصاب الأساسي إلى تطوير الأدوية التجارية، إلا أن العلماء قد يكونون بطيئين في إجراء هذا التحول. ويجد مور أن العلماء من أمثاله في كثير من الأحيان “عالقون في طرقنا”، ويترددون في إنفاق الوقت والمال والجهد اللازم للابتعاد عن النماذج الحيوانية المجربة والحقيقية. ويقول: «إن إقناع العلماء بالتخلي عن تلك الأساليب المتعلقة بالأنسجة الهندسية الفاخرة سيستغرق وقتًا، لكنني متفائل جدًا بأننا سنخفض عدد الدراسات على الحيوانات تدريجيًا».
