高中生用3D打印助力科学家攻克Zika病毒

近日，通过对一种在实验室里培养出来的针头大小迷你大脑的研究，美国约翰·霍普金斯大学的研究人员们已经证实了Zika病毒引起小头畸形和其他胎儿大脑损伤的一个关键路径——通过感染构建大脑外层皮质的特定干细胞。在过去几年里，Zika病毒在美洲一些国家蔓延，造成了当地人们的恐慌。

值得一提的是，科学家们称他们在这次研究中使用的迷你大脑与类似的研究模型相比更加真实，而且更加便宜。而这些竟然得益于三位高中生的贡献。据天工社了解，这三位高中生分别是两位该校科学家的儿子及其两位同学，他们都在这个项目中做暑期研究实习。他们首先获得创意使用一台3D打印机制作出可以培养迷你大脑的设备。而这些所谓的生物反应器和他们培养的迷你大脑将为人类大脑开发、脑部紊乱和药物测试打开一扇宝贵的新窗口，研究人员们称。

关于该研究的一份报告已经于4月22日出现在了《Cell》杂志的网站上。

“我们已经工作了三年来开发一个关于大脑发展的更好的研究模型，值得庆幸的是，我们现在可以用这个迷你大脑来揭示由Zika感染所造成的重大公共卫生危机。”该校医学院细胞工程研究所的神经学教授宋红军说：“这个更加真实的3D模型证实了我们的怀疑：Zika主要通过攻击构建大脑的神经祖细胞，并把它们变成病毒工厂来引起胎儿的小头症。”

近年来，各个领域的研究人员都已经开始用干细胞来培养微型器官，以更好地了解器官生长和疾病，并加快新药的寻找。但是由于大脑结构的服装性，用于创建和使用迷你大脑的技术非常有限，宋红军教授称。尽管这些迷你大脑本身只有针头大小，但是它们所处的生物反应器却相对较大，大约有一个饮料罐那么大。由于在实验室里培养人类干细胞所需要的营养物质和生长因子价格相当高，这就使得使用迷你大脑进行研究成本高昂。宋红军教授称，很少有实验室能承担得起培养足够的迷你大脑以进行研究所需要的费用。

如今，宋红军教授和他的妻子兼研究伙伴明国丽教授却意想不到地得到了自己儿子和另外两名高中生的帮助，借助3D打印机改进了实验室里的生物反应器。这三位高中生开发的生物反应器拥有一个12孔实验板，并能够以正确的速度旋转里面的液体和细胞，以便于其形成大脑。

当然，它远不止这么简单。宋红军教授介绍称，研究生Xuyu Qian和博士后研究院Ha Nam Nguyen进行了多年的研究以确定最佳的旋转速度、以及应该在什么时候添加化学物质和生长因子才能产生期望的结果等。

到目前为止，该研究团队已经使用这种被命名为SpinΩ的新型生物反应制造出了三种类型的迷你大脑，分别模拟人脑的前部、中部和后部。他们使用了前脑来进行Zika病毒的研究。

“迷你大脑使我们能够做的一件事是模拟在妊娠的不同阶段Zika病毒造成的影响。”明国丽教授表示。“如果感染发生在发育初期，这种病毒主要感染迷你大脑的神经前体细胞，影响会很严重，不久便会导致迷你大脑会停止生长和瓦解；在稍后阶段，即在妊娠的4—6月，Zika仍然优先感染神经祖细胞，除此之外它也会影响到一些神经元，导致其生长缓慢，与正常大脑相比，它的皮质更薄。”她总结称，在妊娠期间，Zika病毒感染出现得越早，影响越严重。

据了解，研究团队下一步将在迷你大脑上测试已经被FDA批准可以用于其它病症的药物，看看其中是否会有某种药物能够帮助抵御Zika。

（编译自约翰霍普金斯大学）

来源：天工社