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Posted in | Bionanotechnology

Microfabrication 啟發設計技術創建三維腦組織

Published on November 30, 2012 at 6:10 AM

從用於半導體行業、 MIT 和哈佛醫學院工程師的 microfabrication 技術的 (HMS)借款在實驗室盤開發了簡單和耗費小的方式創建三維腦組織。

MIT 工程師計劃路線堆積神經元形成三維腦組織。 (圖像: Marcia 威廉斯醫療例證)

新的技術產生嚴密地仿造那些蜂窩電話構成在生存腦子的組織構建,允許科學家學習神經元如何形成連接數和預測從各自的患者的細胞如何也許回應不同的藥物。 這個工作也鋪平道路發展的 bioengineered 植入管根據研究員替換機構系統的損壞的組織。

「我們認為通過帶領這種控制和處理進入神經生物學,我們可以調查許多不同的方向」,說 Utkan Demirci,健康科學技術 (HST) 哈佛 MIT 分部的一位助理教授。

Demirci 和愛德 Boyden,生物工程和腦子副教授和在 MIT 的媒體實驗室和 McGovern 學院的認知科學,是描述新的技術的論文的高級作者,出現於日記帳高級材料的 11月 27日在線編輯。 本文的主要作者是 Umut Gurkan,在 HST,哈佛醫學院和 Brigham 和婦女的醫院的一 postdoc。

『唯一挑戰』

雖然研究員有若乾成功生長人為組織例如肝臟或腎臟, 「腦子存在一些唯一挑戰」, Boyden 說。 「其中一個挑戰是難以置信的空間的非均勻性。 有許多种細胞,并且他們有這樣複雜接線」。

腦組織包括神經元的許多類型,包括禁止和興奮神經元,以及支援細胞例如神經膠質細胞。 所有這些細胞發生在特定比例和在特定地點。

要仿造在他們設計的組織的此結構上複雜,研究員埋置腦細胞混合物從匯率的主要外皮採取的到水凝膠頁。 他們也包括了細胞外矩陣的要素,提供結構上的技術支持,并且幫助調控細胞工作情況。

那些頁在層然後被堆積了,可以一起被密封使用光交互相聯水凝膠。 通過包括膠凝體層用變化的形狀塑料光掩膜,研究員可能控制多少這個膠凝體顯示了在光,因而控制多層組織構建的三維形狀。

此種石版影印也用於編譯在半導體 - 要求光掩膜直線對準器設備,花費數萬美元的進程上的集成電路。 然而,這個小組開發了一個較低花費的方式裝配組織使用由塑料頁做的屏蔽,相似與字幕片,固定與定位銷。

組織多維數據集可以用 10 微米精確度做,可比較與單細胞機體的範圍。 在這個光譜的另一端,研究員打算用 100,000 個細胞和 900 百萬連接數創建一立方米腦組織。

答復的根本問題

由於組織包括腦細胞不同的保留節目,發生在和一樣他們在自然腦組織執行的比例,他們可能用於學習神經元如何形成給他們與彼此聯絡的連接數。

「近期,有您能回答關於的很多根本問題細胞如何彼此配合并且回應環境提示」, Boyden 說。

首先,研究員使用這些組織構建學習神經元的環境如何也許約束其增長。 要執行此,他們在不同的範圍膠凝體多維數據集安置唯一神經元,然後評定了細胞的 neurites,神經元使用與其他細胞聯絡的長的擴展名。 在這些條件下,神經元獲得 「幽閉恐懼症的它結果」, Demirci 說。 「在小的膠凝體,他們不一定派出,長的 neurites,他們在一個更五時間大的膠凝體會」。

從長遠來看,研究員希望獲取更好的瞭解對如何設計可能用於替換在患者的損壞的組織的組織植入管。 研究在此區完成,但是推測是難的新的組織是否正確地架線與現有的組織并且交換這种正確的信息。

另一個長期目標為個性化的醫學使用組織。 一天,醫生可能能採取從一名病人的細胞有一種神經混亂和變換他們成導致的 pluripotent 乾細胞,然後導致這些構建增長到在實驗室盤的神經元。 通過顯示這些組織在許多可能的藥物, 「您也許能推測,如果藥物有益於人員,而不必度過產生他們許多不同的藥物的幾年」, Boyden 說。

來源: http://web.mit.edu

Last Update: 1. December 2012 04:29

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