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Microfabrication 启发设计技术创建三维脑组织

Published on November 30, 2012 at 6:10 AM

从用于半导体行业、 MIT 和哈佛医学院工程师的 microfabrication 技术的 (HMS)借款在实验室盘开发了简单和耗费小的方式创建三维脑组织。

MIT 工程师计划路线堆积神经元形成三维脑组织。 (图象: Marcia 威廉斯医疗例证)

新的技术产生严密地仿造那些蜂窝电话构成在生存脑子的组织构建,允许科学家学习神经元如何形成连接数和预测从各自的患者的细胞如何也许回应不同的药物。 这个工作也铺平道路发展的 bioengineered 植入管根据研究员替换机构系统的损坏的组织。

“我们认为通过带领这种控制和处理进入神经生物学,我们可以调查许多不同的方向”,说 Utkan Demirci,健康科学技术 (HST) 哈佛 MIT 分部的一位助理教授。

Demirci 和爱德 Boyden,生物工程和脑子副教授和在 MIT 的媒体实验室和 McGovern 学院的认知科学,是描述新的技术的论文的高级作者,出现于日记帐高级材料的 11月 27日在线编辑。 本文的主要作者是 Umut Gurkan,在 HST,哈佛医学院和 Brigham 和妇女的医院的一 postdoc。

‘唯一挑战’

虽然研究员有若干成功生长人为组织例如肝脏或肾脏, “脑子存在一些唯一挑战”, Boyden 说。 “其中一个挑战是难以置信的空间的非均匀性。 有许多细胞,并且他们有这样复杂接线”。

脑组织包括神经元的许多类型,包括禁止和兴奋神经元,以及支援细胞例如神经胶质细胞。 所有这些细胞发生在特定比例和在特定地点。

要仿造在他们设计的组织的此结构上复杂,研究员埋置脑细胞混合物从汇率的主要外皮采取的到水凝胶页。 他们也包括了细胞外矩阵的要素,提供结构上的技术支持,并且帮助调控细胞工作情况。

那些页在层然后被堆积了,可以一起被密封使用光交互相联水凝胶。 通过包括胶凝体层用变化的形状塑料光掩膜,研究员可能控制多少这个胶凝体显示了在光,因而控制多层组织构建的三维形状。

此种石版影印也用于编译在半导体 - 要求光掩膜直线对准器设备,花费数万美元的进程上的集成电路。 然而,这个小组开发了一个较低花费的方式装配组织使用由塑料页做的屏蔽,相似与字幕片,固定与定位销。

组织多维数据集可以用 10 微米精确度做,可比较与单细胞机体的范围。 在这个光谱的另一端,研究员打算用 100,000 个细胞和 900 百万连接数创建一立方米脑组织。

答复的根本问题

由于组织包括脑细胞不同的保留节目,发生在和一样他们在自然脑组织执行的比例,他们可能用于学习神经元如何形成给他们与彼此联络的连接数。

“近期,有您能回答关于的很多根本问题细胞如何彼此配合并且回应环境提示”, Boyden 说。

首先,研究员使用这些组织构建学习神经元的环境如何也许约束其增长。 要执行此,他们在不同的范围胶凝体多维数据集安置唯一神经元,然后评定了细胞的 neurites,神经元使用与其他细胞联络的长的扩展名。 在这些条件下,神经元获得 “幽闭恐惧症的它结果”, Demirci 说。 “在小的胶凝体,他们不一定派出,长的 neurites,他们在一个更五时间大的胶凝体会”。

从长远来看,研究员希望获取更好的了解对如何设计可能用于替换在患者的损坏的组织的组织植入管。 研究在此区完成,但是推测是难的新的组织是否正确地架线与现有的组织并且交换这正确的信息。

另一个长期目标为个性化的医学使用组织。 一天,医生可能能采取从一名病人的细胞有一种神经混乱和变换他们成导致的 pluripotent 干细胞,然后导致这些构建增长到在实验室盘的神经元。 通过显示这些组织在许多可能的药物, “您也许能推测,如果药物有益于人员,而不必度过产生他们许多不同的药物的几年”, Boyden 说。

来源: http://web.mit.edu

Last Update: 1. December 2012 04:29

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