Исследователи из Венского медицинского университета и Венского технического университета совместными усилиями разработали уникальный "фантом мозга", напечатанный на 3D-принтере. Эта модель, смоделированная по структуре мозговых волокон, может быть визуализирована с помощью специального варианта магнитно-резонансной томографии (dMRI).
Научная группа под руководством MedUni Vienna и TU Wien доказала, что эти модели мозга можно использовать для продвижения исследований нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и рассеянный склероз. Результаты исследования были опубликованы в престижном журнале "Advanced Materials Technologies".
Детали уникальной модели мозга
Внешне "фантом мозга" не имеет много общего с реальным органом. Он гораздо меньше по размеру и имеет форму куба. Внутри расположены чрезвычайно тонкие, заполненные водой микроканалы, размером с отдельные черепные нервы. Диаметр этих каналов в пять раз тоньше человеческого волоса.
Для имитации тонкой сети нервных клеток головного мозга исследователи использовали необычный метод 3D-печати – двухфотонную полимеризацию. Этот высокораздельный метод обычно применяется для печати микроструктур в диапазоне нанометров и микрометров, а не для создания трехмерных объектов в кубических миллиметрах.
Майкл Волец, один из первых авторов исследования, сравнивает этот подход с усовершенствованием диагностических возможностей dMRI:
"Мы видим самый большой прогресс в фотографии с камерами мобильных телефонов не обязательно в новых, лучших объективах, а в программном обеспечении, которое улучшает снятые изображения. Подобная ситуация и с dMRI: используя новый мозговой фантом, мы можем гораздо точнее настроить программное обеспечение для анализа и улучшить качество измеряемых данных и точнее реконструировать нейронную архитектуру мозга".
Перспективы использования "фантома мозга"
Аутентичное воспроизведение характерных нервных структур в мозге является важным для "обучения" программного обеспечения анализа dMRI. Использование 3D-печати позволяет создавать разнообразные и сложные конструкции, которые можно модифицировать и настраивать.
Разработанные фантомы можно использовать для совершенствования dMRI, что может принести пользу планированию операций и исследованиям нейродегенеративных заболеваний. Несмотря на проверку концепции, команда все еще сталкивается с проблемами, в частности с расширением метода.
Франциска Халупа-Гантнер, еще одна из первых авторов исследования, объясняет:
"Высокое разрешение двухфотонной полимеризации позволяет печатать детали в микро- и нанометровом диапазоне, что очень подходит для визуализации черепных нервов. В то же время для печати куба размером несколько кубических сантиметров с помощью этой техники нужно соответственно много времени. Поэтому мы стремимся не только разработать еще более сложные конструкции, но и дальше оптимизировать сам процесс печати".
