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Posted in | Bionanotechnology

Microfabrication Spornte Entwurfstechnik an, um 3-D Hirngewebe Herzustellen

Published on November 30, 2012 at 6:10 AM

Borgen von microfabrication Techniken, die in den Halbleiter Industrie, MIT- und Harvard-Ingenieuren Medizinischer Fakultät (HMS) verwendet werden, hat eine einfache und billige Methode entwickelt, dreidimensionale Hirngewebe in einem Laborteller herzustellen.

MIT-Ingenieure haben eine Methode geplant, Neuronen zu stapeln, um dreidimensionales Hirngewebe zu bilden. (Bild: Medizinische Abbildungen Marcia Williams)

Die neue Technik erbringt Gewebekonstrukte, die nah die zelluläre Zusammensetzung von denen im lebenden Gehirn nachahmen und erlaubt Wissenschaftlern, zu studieren, wie Neuronen bilden Anschlüsse und vorauszusagen reagierten wie Zellen möglicherweise von den einzelnen Patienten auf verschiedene Drogen. Die Arbeit ebnet auch die Methode für das Entwickeln von bioengineered Implantaten, um schädigendes Gewebe für Organanlagen, nach Ansicht der Forscher auszutauschen.

„Wir denken dass durch das Holen dieser Art der Regelung und der Manipulation in Neurobiologie, können wir viele verschiedenen Richtungen nachforschen,“ sagen Utkan Demirci, ein Assistenzprofessor in der Abteilung Harvard-MIT von Gesundheits-Wissenschaft Und Technik (HGZ).

Demirci und Ed Boyden, außerordentlicher Professor der biologischen Technik und des Gehirns und Kognitionswissenschaften an Media Lab MITS und an McGovern-Institut, sind ältere Autoren eines Papiers, welches die neue Technik beschreibt, die in der Onlineausgabe Am 27. November des Zapfen Fortgeschrittenen Werkstoffs erscheint. Der führende Autor des Papiers ist Umut Gurkan, ein postdoc an HGZ, Harvard-Medizinische Fakultät und Brigham und Frauenklinik.

„Eindeutige Herausforderungen“

Obgleich Forscher etwas Erfolg gehabt haben, künstliche Gewebe wie Leber oder Niere zu wachsen, „das Gehirn stellt einige eindeutige Herausforderungen dar,“ sagt Boyden. „Eine der Herausforderungen ist die unglaubliche räumliche Uneinheitlichkeit. Es gibt so viele Arten Zellen, und sie haben solche verwickelte Verkabelung.“

Hirngewebe umfaßt viele Baumuster Neuronen, einschließlich die hemmenden und anregenden Neuronen sowie die Gliazellen wie Gliazellen. Alle diese Zellen treten an den spezifischen Verhältnissen und in den spezifischen Einbauorten auf.

Um diese Architekturkomplexität in ihren ausgeführten Geweben nachzuahmen, betteten die Forscher eine Mischung von den Gehirnzellen ein, die von der Hauptrinde von Ratten in Blätter des Hydrogels genommen wurden. Sie umfaßten auch Bauteile der extrazellulären Matrix, die strukturelle Halterung gewährt und Hilfen Zellverhalten regeln.

Jene Blätter wurden dann in den Schichten gestapelt, die unter Verwendung der Leuchte zusammen gedichtet werden können, um Hydrogele querzuverbinden. Durch Abdeckschichten Gele mit Plastikphotomasken von unterschiedlichen Formen, konnten die Forscher steuern, wie viel des Gels Leuchte ausgesetzt wurde und so die 3-D Form des mehrschichtigen Gewebekonstruktes steuerte.

Dieses Baumuster der photolithographie wird auch verwendet, um integrierte Schaltungen auf Halbleiter aufzubauen - ein Prozess, der eine Fotomaskenausrichtungstransportmaschine benötigt, die zehn Tausenden Dollar kostet. Jedoch entwickelte das Team eine viel weniger teure Methode, Gewebe unter Verwendung der Masken zusammenzubauen, die von den Blättern des Plastiks gemacht wurden, ähnlich der obenliegenden Transparenz, angehalten an Ort und Stelle mit Rassstiften.

Die Gewebewürfel können mit einer Präzision von 10 Mikrons gemacht werden, vergleichbar mit der Größe eines einzelligen Gehäuses. Am anderen Ende des Spektrums zielen die Forscher darauf ab, ein Kubikmm des Hirngewebes mit 100.000 Zellen und 900 Million Anschlüssen zu erstellen.

Antwortende grundlegende Fragen

Weil die Gewebe ein verschiedenes Repertoire von Gehirnzellen umfassen, auftretend in den gleichen Verhältnissen, die sie im natürlichen Hirngewebe tun, konnten sie verwendet werden, um zu studieren, wie Neuronen die Anschlüsse bilden, die sie einander sein lassen.

„Kurzfristig, gibt es viele grundlegenden Fragen, die, Sie über, wie Zellen auf einander einwirken und auf Umweltmarken reagieren,“ Boyden beantworten können sagen.

Als Erstes verwendeten die Forscher diese Gewebekonstrukte, um zu studieren, wie die Umgebung möglicherweise eines Neurons sein Wachstum begrenzte. Um dies zu tun, legten sie einzelne Neuronen in Gelwürfel von verschiedenen Größen, dann maßen die neurites der Zellen, lange Extensionen die Neuronen verwenden um andere Zellen zu sein. Es fällt das unter diesen Bedingungen aus, erhalten Neuronen „klaustrophobisch,“ sagt Demirci. „In den kleinen Gelen, senden sie nicht notwendigerweise aus, wie lange neurites, wie sie wurden in einem fünf-Zeit-größeren Gel.“

Langfristig hoffen die Forscher, ein besseres Verständnis von, wie man zu gewinnen Gewebeimplantate konstruiert, die verwendet werden konnten, um schädigendes Gewebe bei Patienten auszutauschen. Viel Forschung ist in diesem Bereich erfolgt worden, aber es ist schwierig gewesen, herauszufinden, ob die neuen Gewebe richtig oben mit vorhandenem Gewebe verdrahten und die rechten Arten von Informationen austauschen.

Ein Anderes langfristiges Ziel verwendet die Gewebe für personifizierte Medizin. Ein Tag, Doktoren ist möglicherweise in der Lage, Zellen von einem Patienten mit einer neurologischen Störung zu nehmen und sie in verursachte pluripotent Stammzellen umzuwandeln, dann verursachen diese Konstrukte, um in Neuronen in einem Laborteller zu wachsen. Durch das Aussetzen dieser Gewebe vielen möglichen Drogen, „Sie wären möglicherweise in der Lage, herauszufinden, wenn eine Droge fördern würde, dass Person, ohne die Jahre, ihnen viele verschiedene Drogen gebend zu verbringen zu müssen,“ sagt Boyden.

Quelle: http://web.mit.edu

Last Update: 1. December 2012 04:30

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