Новости и мнения

Следующее поколение: нейронные обезьяны

Трехмерные каркасы для выращивания и управления нейронами становятся меньше и более приспособлены к дизайну.

УСТРОЙСТВО: Используя лазер, нацеленный на полимер под названием полилактид, исследователи смогли изготовить трехмерный каркас, который является биоразлагаемым, биосовместимым и в таком масштабе, чтобы нейроны могли обвивать руки. Каркасы могут служить основой для изучения регенерации нейронов in vitro или для восстановления поврежденных периферических нервов in vivo.

В одном проекте Фредерик Клэйссенс из Университета Шеффилда и его коллеги создали эшафот, напоминающий набор обезьяньих стержней с зазорами между ступеньками от 10 до 20 микрометров. Они обнаружили, что нейроны прикреплены к стержням и вытянуты вдоль них, согласно отчету, опубликованному на этой неделе в Biofabrication .

Лазер работает, «записывая» структуру в материал. В этом случае материал затвердевает, когда четыре плеча полилактида сшиты с помощью фотоотверждения от лазера. Избыток материала, который не был отвержден, вымывается, оставляя трехмерную структуру позади.

Строительные леса PolyHEMA, построенные методом прямой записи. ФОТОГРАФИЯ ДЖЕННИФЕРА Н. ХЭНСОНА ШЕПЕРДА, САРА Т. ПАРКЕРА РОБЕРТА Ф. ШЕПЕРДА, МАРТЫ ЖИЛЛЕТТ, ДЖЕННИФЕРА А. ЛЬЮИСА, РАЛЬФА Г. НУЦЦО.

«Пользователь имеет полный контроль. Независимо от того, какой рисунок вы используете, он записывается лазером », – сказал Клэйссенс The Scientist . В прекрасной демонстрации команда Клэйссенса смогла построить эшафот, напоминающий спираль раковины улитки.

В более ранней конструкции подобного каркаса Дженнифер Льюис из Университета Иллинойса и ее коллеги построили трехмерную сетку из гидрогеля, называемого polyHEMA, не биоразлагаемого материала, используемого в контактных линзах. Техника Льюиса, называемая сборкой с прямой записью, осаждала материал через крошечное сопло, а затем закаливала его с помощью ультрафиолетового излучения. Она также смогла вырастить нейроны на сетчатых эшафотах с размерами сетки в десятки микрон и опубликовала свои результаты в « Advanced Functional Materials» в ноябре прошлого года.

ЧТО НОВОГО: тканевые каркасы с тремя измерениями не новы, но возможность конструировать их с упорядоченными структурами и в масштабе, подходящем для роста нейронов, является прогрессом, сказал Льюис. «Это первые два примера создания трехмерных строительных лесов с размерами элементов, которые действительно находятся в диапазоне микронных размеров».

«Чем мельче характеристики скаффолда, тем больше у вас шансов имитировать внеклеточный матрикс клеток», – сказала Лиза Фрид , старший научный сотрудник лаборатории Draper в Кембридже, штат Массачусетс, которая не участвовала в этих исследованиях. Фрид сказала, что ее группа сконструировала материал для выращивания тканей с выступами и канавками в масштабе 10 микрометров, и эти документы демонстрируют, что при этом размере можно также создать упорядоченные сетки.

ВАЖНО: Хотя оба новых метода являются биосовместимыми, лазерный метод имеет дополнительную привлекательность в том, что полилактид является биоразлагаемым. Клэйссенс сказал, что это открывает возможность для потенциального использования каркаса в качестве имплантируемого устройства, которое в конечном итоге исчезнет, ​​оставляя после себя недавно выращенную ткань.

«Ценность этих структур заключается в том, что они могут использоваться терапевтически, а не только для диагностики или исследований in vitro», – сказал Фрид научному сотруднику . Одна из возможностей, которую обсуждает группа Клэйссенса в статье, – это инъекция эшафот, засеянных нейронами, в центральную нервную систему. Клетки будут направлены в место повреждения, вызванного повреждением или болезнью, чтобы заселить и восстановить нервную ткань.

Мохаммад Реза Абидиан , профессор в Университете штата Пенсильвания, который не участвовал в этом исследовании, также работает над разработкой имплантатов для регенерации центрального и периферического нерва. «В периферической нервной системе аксоны могут самостоятельно регенерировать до пары сантиметров, однако проблема заключается в руководстве». Абидиан разрабатывает направляющие для нанотрубок, а трехмерные леса также могут обеспечивать механическое руководство.

НУЖДАЕТСЯ В УЛУЧШЕНИИ: Клэйссенс сказал, что его группа работает над разработкой эшафотных трубок для восстановления нерва. «Эти нервные проводники существуют на рынке, но есть еще ниша для биоразлагаемых материалов».

Что касается применения этих структур для регенерации тканей, необходимо проделать большую работу. Абидиан отмечает, что нейроны нуждаются не только в физическом руководстве, но и в химическом и электрическом. Это потребует дальнейших исследований о том, как контролировать природную среду, опосредующую развитие нервной системы.

Хотя преимущество подхода Claeyssens заключается в том, что в нем используется биоразлагаемое соединение, оно ограничено тем, что тип используемого материала всегда должен быть фотоотверждаемым. Таким образом, техника Льюиса обладает большей гибкостью, поскольку она не ограничена в способе упрочнения.

Другим недостатком лазера является то, что он медленный, на его изготовление уходит от 10 до 30 минут. «Улучшение скорости было бы очень хорошо», – сказал Клэйссенс.

JN Hanson Shepherd и др. « 3D-микропериодические гидрогелевые каркасы для устойчивых нейронных культур», Advanced Functional Materials , DOI: 10.1002 / adfm.201001746 , 2011.

В. Меллисинаки и др., « Прямая лазерная запись трехмерных каркасов для применения в области инженерии нервной ткани», Biofabrication , DOI: 10.1088 / 1758-5082 / 3/4/045005 , 2011.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *