Jak umieścić neurony w klatkach

W współpracy z Uniwersytetu Stanforda, komórki nerwowe zostały wprowadzone do kulistych struktur klatkowych wykorzystujących technologię bioprinting akustyczną, tak że wielokomórkowe tkanki nerwowej mogą tam rozwijać. Jest nawet możliwe do tworzenia połączeń nerwowych pomiędzy poszczególnymi klatkami. Aby kontrolować komórki nerwowe, fale dźwiękowe zostały wykorzystane jako pęsetą akustycznych.

Piłka nożna Shaped Klatki

„Jeśli Pan przedstawić żywych komórek w pewnych ramach, można silnie wpływają na ich zachowanie”, wyjaśnia prof Aleksandr Ovsianikov, szef grupy badawczej drukowanie 3D i Biofabrication w Instytucie Inżynierii Materiałowej i Technologii Materiałów w TU Wien. „Druk 3D umożliwia produkcję wysokiej precyzji konstrukcji rusztowania, które następnie mogą być skolonizowane przez komórki do badania, jak żywa tkanka rośnie i jak reaguje.”

W celu wzrostu dużej liczby komórek nerwowych w małej przestrzeni, zespół badawczy postanowił wykorzystać tak zwane „Buckyballs”, geometryczne kształty wykonane z pięciokątów i sześciokątów, które przypominają mikroskopijne nożną.

„Otwory fulerenów są wystarczająco duże, aby umożliwić komórek do migracji do klatki, ale gdy komórki zlewają się, że nie mogą już opuścić klatkę”, wyjaśnia dr Wolfgang Steiger, który pracował na wysokiej precyzji druku 3D do zastosowań biofabrication jako część swojej pracy doktorskiej.

Drobne buckyball klatki były wytwarzane z wykorzystaniem procesu znanego jako polimeryzacja dwufotonowej: ogniskowana wiązka laserowa jest wykorzystywana do rozpoczęcia procesu chemicznej w określonych punktach w cieczy, która powoduje, że materiał twardnieje w tych właśnie punktach. Przez sterowanie centralnym punktem wiązki laserowej przez ciecz w dobrze kontrolowany sposób, obiekty trójwymiarowe mogą być wytwarzane z bardzo dużą precyzją.

Fale akustyczne jak pinceta

Nie tylko tworzenie Buckyballs, ale również montaż komórek do tych piłek przez otwory mikroskali jest bardzo trudne. Innowacyjny 3-D technologia bioprinting akustyczny opracowany w Stanford School of Medicine, z powodzeniem zajmował się tym wyzwaniem. Prof. Utkan Demirci wspólnie kieruje Centrum Kanaryjskich w Stanford do wczesnego wykrywania raka i jego grupy badawczej, czyli biologicznie czuła i akustyczna MEMS w dziedzinie medycyny (Bamm Lab) wykorzystuje fale akustyczne w zastosowaniach biomedycznych od wykrywania biomarkerów nowotworowych do bioprinting 3-D tkanki modele do wykrywania.

„W generowania drgań akustycznych w roztworze, w której umieszczone są komórki. Komórki wykonać fale brzmi jak szczury śledzić z Hameln jak w legendzie w tym procesie, węzły postaci drgań w określonych punktach podobna do drgającego struny „, mówi prof Demirci. Przy tych punktów węzłowych, płyn jest względnie statyczne. Jeśli komórki znajdują się w tych punktach, pozostają tam; wszędzie są odsunięte przez falę akustyczną. Dlatego komórki przenieść do miejsc, gdzie nie są one obrócił się, i to, gdzie zostały umieszczone na buckyballs. Fala dźwiękowa można zatem stosować w bardzo dobrze kontrolowany sposób, prawie jak pęseta, do kierowania komórki do żądanego miejsca.

„Fale akustyczne pozwoliło nam wypełnić struktur rusztowania znacznie gęściej i efektywniej niż byłoby to możliwe przy zastosowaniu tradycyjnych metod kolonizacji komórek”, donosi Tanchen Ren, PhD, z grupy badawczej prof Demirci użytkownika.

Po buckyballs został pomyślnie skolonizowane przez komórki nerwowe w ten sposób, że tworzą połączenia z neuronami sąsiednich fulerenów. „Widzimy ogromny potencjał tutaj za korzystanie Drukowanie 3D do tworzenia i badania sieci neuronowych w sposób celowy”, mówi Aleksandr Ovsianikov. „W ten sposób, ważne pytania można badać biologiczne, do których można by inaczej nie mają bezpośredniego dostępu eksperymentalne”.