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Posted in | Bionanotechnology

Microfabrication A Inspiré la Technique de Design Pour Produire les Tissus Cérébraux à trois dimensions

Published on November 30, 2012 at 6:10 AM

L'Emprunt des techniques de microfabrication utilisées dans l'entreprise de semiconducteurs, les ingénieurs de MIT et de Faculté de Médecine (HMS) de Harvard ont développé un simple et une méthode économique pour produire les tissus cérébraux en trois dimensions dans un paraboloïde de laboratoire.

Les ingénieurs de MIT ont trouvé un moyen d'empiler des neurones pour former le tissu cérébral en trois dimensions. (Image : Illustrations Médicales de Marcia Williams)

La technique neuve fournit les éléments de tissu qui imitent attentivement la composition cellulaire de ceux dans le cerveau vivant, permettant à des scientifiques d'étudier comment les neurones forment des connexions et pour prévoir comment les cellules de différents patients pourraient répondre à différents médicaments. Le travail prépare également le terrain pour développer les implants bioengineered pour remonter le tissu abîmé pour des systèmes d'organe, selon les chercheurs.

« Nous pensons qu'en introduisant ce genre de contrôle et de manipulation dans la neurobiologie, nous pouvons vérifier beaucoup de différents sens, » dit Utkan Demirci, un professeur adjoint dans la Division Harvard-MIT des Sciences et Technologies de Santé (le TGV).

Demirci et Ed Boyden, professeur agrégé du bureau d'études biologique et du cerveau et sciences cognitives à Media Lab du MIT et à l'Institut de McGovern, sont les auteurs supérieurs d'un article décrivant la technique neuve, qui apparaît dans l'édition en ligne du 27 novembre des Matériaux Avancés de tourillon. L'auteur important du papier est Umut Gurkan, un postdoc au TGV, Faculté de Médecine de Harvard et Brigham et Hôpital des Femmes.

« Seuls défis

Bien Que les chercheurs aient eu une certaine réussite élever les tissus artificiels tels que le foie ou le rein, « le cerveau présente quelques seuls défis, » Boyden dit. « Un des défis est l'hétérogénéité spatiale incroyable. Il y a tant de genres de cellules, et ils ont un tel cablage compliqué. »

Le Tissu cérébral comprend beaucoup de types de neurones, y compris les neurones inhibiteurs et excitatoires, ainsi que cellules de support telles que les cellules glial. Toutes ces cellules se produisent aux taux particuliers et dans des emplacements particuliers.

Pour imiter cette complexité architecturale en leurs tissus conçus, les chercheurs ont encastré un mélange des cellules du cerveau prises du cortex primaire des rats dans des feuilles d'hydrogel. Ils ont également inclus des composants de la matrice extracellulaire, qui fournit le support structurel et les aides règlent le comportement de cellules.

Ces feuilles ont été alors empilées dans les couches, qui peuvent être scellées ensemble utilisant la lumière pour réticuler des hydrogels. En couvrant des couches de gels de photomasks en plastique des formes variables, les chercheurs pourraient régler quelle quantité de gel a été exposé à la lumière, de ce fait réglant la forme à trois dimensions de l'élément multicouche de tissu.

Ce type de photolithographie est également employé pour établir des circuits intégrés sur des semi-conducteurs - un procédé qui exige une machine de dispositif d'alignement de photomask, qui coûte des dizaines de milliers de dollars. Cependant, l'équipe a développé une voie beaucoup moins chère d'assembler des tissus utilisant des masques effectués à partir des feuilles de plastique, assimilées aux transparences rétrovisuelles, retenues en place avec des goupilles d'alignement.

Les cubes en tissu peuvent être effectués avec une précision de 10 microns, comparable à la taille d'un fuselage unicellulaire. À l'autre bout du spectre, les chercheurs visent à produire un mm cubique de tissu cérébral avec 100.000 cellules et 900 millions de connexions.

Questions principales de Réponse

Puisque les tissus comprennent un divers répertoire des cellules du cerveau, se produisant dans les mêmes taux qu'ils font en tissu cérébral naturel, ils pourraient être employés pour étudier comment les neurones forment les connexions qui leur permettent de communiquer les uns avec les autres.

« À court terme, il y a beaucoup de questions principales que vous pouvez répondre au sujet comment les cellules agissent l'un sur l'autre les uns avec les autres et répondent aux caractères indicateurs environnementaux, » de Boyden dit.

Dans un premier temps, les chercheurs avaient l'habitude ces éléments de tissu pour étudier comment l'environnement d'un neurone pourrait contraindre son accroissement. Pour faire ceci, ils ont mis les neurones uniques en cubes en gel de différentes tailles, puis ont mesuré les neurites des cellules, les longues extensions que les neurones utilisent pour communiquer avec d'autres cellules. Il s'avère cela dans ces conditions, les neurones deviennent « claustrophobes, » Demirci dit. « En petits gels, ils n'envoient pas forcément comme de longues neurites comme ils dans un cinq-temps-grand gel. »

À long terme, les chercheurs espèrent gagner une meilleure compréhension de la façon concevoir les implants de tissu qui pourraient être utilisés pour remonter le tissu abîmé dans les patients. Beaucoup de recherche a été faite dans cette zone, mais il a été difficile de figurer à l'extérieur si les tissus neufs câblent correctement avec le tissu existant et permutent les bons genres d'information.

Un Autre objectif à long terme utilise les tissus pour le médicament personnalisé. Un jour, médecins peut pouvoir prendre des cellules d'un patient présentant un trouble neurologique et les transformer en cellules souche pluripotent induites, puis induit ces éléments pour se développer dans des neurones dans un paraboloïde de laboratoire. En exposant ces tissus à beaucoup de médicaments possibles, « vous pourriez pouvoir figurer à l'extérieur si un médicament bénéficierait que la personne sans devoir passer des années leur donnant un bon nombre de différents médicaments, » Boyden dit.

Source : http://web.mit.edu

Last Update: 1. December 2012 04:29

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