|
Создана синтетическая модель человеческого мозга
|
|
|
|
Цель инженерии нейронной ткани - имитировать сложную среду мозга, внеклеточный матрикс, который поддерживает рост, развитие и правильную связь нервных клеток. Эта среда тщательно структурирована и несет сигналы, которые определяют поведение и взаимодействие клеток.
|
|
|
|
Трехмерные тканеинженерные модели обладают большим потенциалом для имитации сложной структуры и функций мозга. Тем не менее, по-прежнему сложно воспроизвести тонкие конструктивные особенности мозга в лабораторных условиях, поскольку современные методы часто упускают из виду мелкие детали, которые формируют поведение клеток.
|
|
|
|
Ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые разработали функциональную мозговую ткань, не полагаясь на материалы животного происхождения или биологические покрытия. Их инновация, получившая название Bijel-Integrated PORous Engineered System (BIPORES), предлагает новую, полностью синтетическую платформу для инженерии нейронной ткани.
|
|
|
|
Этот прорыв может значительно сократить, а возможно, и вовсе исключить необходимость использования мозга животных в научных исследованиях. Компания также поддерживает текущую инициативу Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США по поэтапному отказу от испытаний на животных при разработке лекарств.
|
|
|
|
|
|
|
Новый материал в основном состоит из полиэтиленгликоля (PEG), химически нейтрального полимера. Сам по себе ПЭГ подобен тефлону для клеток: он сразу же соскальзывает. Обычно ему требуется помощь таких белков, как ламинин или фибрин, чтобы клетки не отваливались.
|
|
|
|
Ранее ученые разработали технологию, называемую "Полоски", для непрерывного получения мельчайших частиц, волокон и пленок с внутренней структурой, подобной губке. Однако до сих пор эти материалы могли изготавливаться толщиной не более 200 микрометров, что было ограничено тем, как молекулы перемещаются по материалу в процессе формирования.
|
|
|
|
Чтобы преодолеть это, исследователи разработали систему BIPORES. Она сочетает в себе крупномасштабные волокнистые формы со сложным рисунком пор, вдохновленным эмульсионными гелями (bijels), мягкими материалами с гладкими внутренними поверхностями в форме седла. Эти ДВУХПОРИСТЫЕ волокна изготовлены из гелеобразного раствора PEG, который превращается в пористую сетку и стабилизируется с помощью наночастиц кремнезема.
|
|
|
|
Используя специальную микрофлюидную установку и биопринтер, команда создала трехмерные структуры со слоистыми, взаимосвязанными порами. Это позволяет питательным веществам и отходам свободно перемещаться и способствует глубокому росту клеток. При испытании на нервных стволовых клетках материал способствовал прочному прикреплению клеток, их росту и даже образованию активных нервных связей.
|
|
|
|
"Поскольку сконструированный каркас стабилен, он позволяет проводить более длительные исследования", - сказал принц Дэвид Окоро, ведущий автор исследования. "Это особенно важно, поскольку зрелые клетки мозга лучше отражают реальную функцию тканей при исследовании соответствующих заболеваний или травм".
|
|
|
|
Для изготовления каркаса команда использовала специальную жидкую смесь, состоящую из ПЭГ, этанола и воды. ПЭГ плохо смешивается с водой, поэтому ведет себя как масло, в то время как этанол помогает всему хорошо перемешиваться. Эта смесь разливалась по крошечным стеклянным трубочкам.
|
|
|
|
Когда он попал в струю воды, ингредиенты начали разделяться. Быстрая вспышка света запечатлела этот момент, создав губчатую структуру, полную крошечных пор. Эти поры позволяют кислороду и питательным веществам свободно перемещаться, помогая питать стволовые клетки, находящиеся внутри.
|
|
|
|
"Этот материал гарантирует, что клетки получают все необходимое для роста, организации и общения друг с другом в кластерах, подобных мозгу", - сказал Иман Ношади, доцент кафедры биоинженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. "Поскольку структура более точно имитирует биологию, мы можем начать разрабатывать модели тканей с гораздо более точным контролем за поведением клеток".
|
|
|
|
На данный момент диаметр каркаса составляет всего два миллиметра, но команда сейчас работает над его увеличением и даже представила новую статью, в которой исследуется, как тот же подход может быть применен к ткани печени.
|
|
|
|
Их видение общей картины? Чтобы создать сеть выращенных в лаборатории мини-органов, которые взаимодействуют друг с другом, как это делают реальные системы в организме человека. Они стремятся к созданию моделей, которые были бы не только стабильными и долговечными, но и такими же функциональными, как их прорыв в области мозговой ткани.
|
|
|
|
"Взаимосвязанная система позволила бы нам увидеть, как разные ткани реагируют на одно и то же лечение и как проблема в одном органе может повлиять на другой", - пояснил Ношади. "Это шаг к более комплексному пониманию биологии человека и болезней".
|
|
|
|
С точки зрения биомимикрии, этот многослойный подход к изготовлению гораздо лучше имитирует поведение реальной мозговой ткани. Это делает его мощным инструментом для изучения заболеваний, тестирования новых лекарств и даже разработки будущих методов лечения для восстановления или замены поврежденной нервной ткани.
|
|
|
|
Источник
|
