激光网3月22日消息，在MedUni Vienna和TU Wien之间的一个联合项目中，世界上第一个3D打印的“脑模型”已经开发出来，它以脑纤维的结构为模型，可以使用磁共振成像的特殊变体进行成像。正如MedUni Vienna和TU Wien领导的一个科学团队现在在一项研究中表明的那样，这些大脑模型可用于推进对阿尔茨海默氏症，帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的研究。该研究成果发表在《先进材料技术》杂志上。
磁共振成像是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。MRI可用于检查大脑的结构和功能，而无需使用电离辐射。在 MRI 的一种特殊变体中，弥散加权 MRI ，也可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，由于不同方向的神经纤维在那里重叠，因此很难正确确定神经纤维束交叉点处的神经纤维方向。为了进一步改进工艺和测试分析与评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一种所谓的“脑模型”，该模型是使用高分辨率3D打印工艺生产的。
来自维也纳医科大学的研究人员作为MRI专家，来自维也纳工业大学的研究人员作为3D打印专家，与苏黎世大学和汉堡-埃彭多夫大学医学中心的同事密切合作。早在 2017 年，维也纳工业大学就开发了一种双光子聚合打印机，可以进行升级打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学一起开展了脑幻影作为用例的工作。由此产生的专利构成了脑模型的基础，该模型现已开发并由TU Wien的研究和转移支持团队监督。
从视觉上看，这个幻影与真正的大脑没有太大关系。它要小得多，呈立方体形状。它里面有非常细小的、充满水的微通道，大小相当于单个脑神经的大小。这些通道的直径比人类头发细五倍。为了模仿大脑中神经细胞的精细网络，由第一作者Michael Woletz 和Franziska Chalupa-Gantner 领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米范围内的微观结构，而不是用于打印立方毫米范围内的三维结构。为了创建适合dMRI尺寸的模型，TU Wien的研究人员一直致力于扩大3D打印过程，并能够打印具有高分辨率细节的较大物体。高度规模的3D打印为研究人员提供了非常好的模型，当在dMRI下观察时，可以分配各种神经结构。Michael Woletz 将这种提高 dMRI 诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较：“我们看到手机相机摄影的最大进步不一定是新的、更好的镜头，而是改进捕获图像的软件。dMRI的情况与此类似：使用新开发的脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑的神经结构。"
脑幻火车分析软件因此，大脑中特征性神经结构的真实再现对于“训练”dMRI分析软件非常重要。3D打印的使用使得创建可以修改和定制的多样化和复杂的设计成为可能。因此，脑幻影描绘了大脑中产生特别复杂信号的区域，因此难以分析，例如交叉的神经通路。因此，为了校准分析软件，使用dMRI检查脑模型，并像在真实大脑中一样分析测量数据。由于3D打印，模型的设计是精确的，并且可以检查分析结果。MedUni Vienna 和 TU Wien 能够证明这是联合研究工作的一部分。开发的模型可用于改善 dMRI，这有利于对阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症等神经退行性疾病的运营和研究的规划。
尽管进行了概念验证，但该团队仍然面临挑战。目前最大的挑战是扩大该方法的规模：“双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围内的细节成为可能，因此非常适合颅神经成像。然而，与此同时，使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体需要相应的时间，“Chalupa-Gantner解释道。“因此，我们不仅要开发更复杂的设计，还要进一步优化印刷工艺本身。”
