Ein Gehirn, das in einem Pfirsichraum schwimmt. rclassenlayouts / iStock
Wissenschaftler haben nur kleine Mengen selbstorganisierenden Hirngewebes - sogenannte Organoide - in einem winzigen 3D-gedruckten System gezüchtet, das laut einer neuen Studie eine kontinuierliche Beobachtung während des Wachstums und der Entwicklung ermöglicht. in der Zeitschrift veröffentlicht Biomikrofluidik .
Durch den 3D-Druck konnten die Kosten für das Wachstum winziger Gehirne erheblich gesenkt werden.
Die heutige Technologie zur Echtzeitbeobachtung von Organoiden während des Wachstums umfasst die Verwendung von kommerziellen Kulturschalen mit mehreren Vertiefungen in einer Platte mit Glasboden, die unter ein Mikroskop gestellt werden. Diese Platten sind jedoch teuer und funktionieren nur mit bestimmten Mikroskopen, wie zApple-Produkte. Sie ermöglichen auch nicht die Abgabe oder Wiederauffüllung einer Nährstoffsubstanz an das wachsende Gewebe und jedes Gewebe benötigt irgendeine Art von Nahrung.
Jüngste Fortschritte haben jedoch eine neuartige Technik namens Mikrofluidik ausprobiert, bei der ein Nährmedium über kleine Röhrchen, die mit einem winzigen Chip oder einer Plattform verbunden sind, geleitet wird. Aber auch diese sind leider teuer - ganz zu schweigen von ihrer schwierigen Herstellung.
Die neue Weiterentwicklung verwendet 3D-Druck, um wiederverwendbare und leicht anpassbare Plattformen zu erstellen, deren Herstellung nur 5 US-Dollar pro Einheit kostet. Das Design wird mit Bildgebungsvertiefungen geliefert, in denen Wissenschaftler neben entscheidenden auch mikrofluidische Kanäle und Organoide anbauen können, um ein Nährmedium anzubietenVorheizunterstützung erforderlich für Gewebewachstum .
Die jüngste Forschung umfasste eine biokompatible Art von Harz, die häufig in der Zahnchirurgie in 3D-gedruckten Geräten verwendet wird. Der hergestellte Chip wurde dann durch UV-Belichtung gehärtet und anschließend sterilisiert, bevor lebende Zellen in die Vertiefungen gegeben wurdenVon den Vertiefungen wurden mit einem Glasobjektträger verschlossen, das Nährmedium und die Arzneimittel wurden gemäß der Studie über kleine Einlassöffnungen zugegeben.
Neues Gerät ahmt den organischen Gehirnwachstumsprozess genauer nach
"Unsere Konstruktionskosten sind erheblich niedriger als bei herkömmlichen Organoidkulturprodukten auf Petrischalen- oder Spin-Bioreaktor-Basis", sagte der Studienautor Ikram Khan. "Außerdem kann der Chip mit destilliertem Wasser gewaschen, getrocknet und autoklaviert werdenund ist daher wiederverwendbar. "
Die Forscher testeten ihr Gerät mit Organoiden, die aus menschlichen Zellen gezüchtet wurden - und untersuchten die wachsenden Organoide des Gehirns sieben Tage lang unter einem Mikroskop. Unglaublicherweise entwickelte sich das winzige Amalgam des Gehirngewebes schließlich zu einem Hohlraum oder Ventrikel, der von eingekapselt wurdeeine selbstorganisierende Struktur, die einem sich entwickelnden Neokortex nicht gleichgültig ist.
Mit anderen Worten, im Labor ist ein winziges Gehirn gewachsen.
Leider starben einige Zellen im Organoid während der einwöchigen Periode, aber der Prozentsatz, der dies tat, war geringer in das 3D-gedruckte Gerät als unter herkömmlichen Kulturbedingungen. Das Forscherteam ist der Ansicht, dass das Zelldesign einen entscheidenden Unterschied beim Schutz des wenig wachsenden Gehirns bewirkt hat.
"Ein Vorteil unserer Mikrofluidikvorrichtung besteht darin, dass sie eine konstante Perfusion der Kulturkammer ermöglicht, die eine physiologische Gewebeperfusion genauer nachahmt als eine herkömmliche Kultur, und somit den Zelltod am organoiden Kern verringert", sagte Khan in. a SciTech Daily Bericht .
Der nächste Schritt für die Forscher besteht darin, die Kapazität ihres Geräts zu erhöhen. Es ist geplant, die Anzahl der Funktionsbohrungen zusätzlich zu anderen Verbesserungen zu erhöhen, um die Integration weiterer Instrumente in das allgemeine Design zu ermöglichen. Wir sind weit davon entferntvon einem wörtlichen "Gehirn in einem Bottich", aber in den kommenden Jahrzehnten könnte zukünftige Forschung die Möglichkeit untersuchen, beschädigtes Gehirngewebe zu reparieren oder zu ersetzen, oder vielleicht sogar Erhaltung des Gehirns von Menschen in endlos gealterten Körpern. Zum Zeitpunkt des Schreibens sind beide Möglichkeiten jedoch nur spekulativ.