Крошечные мозги, выращенные в биореакторе, напечатанном на 3D-принтере

blank

Ученые из Института обучения и памяти Пикауэра при Массачусетском технологическом институте и Индийского технологического института в Мадрасе вырастили небольшие количества самоорганизующейся мозговой ткани, известной как органоиды, в крошечной системе, напечатанной на 3D-принтере, которая позволяет наблюдать за их ростом и развитием. Работа опубликована в журнале Biomicrofluidics , издательством AIP Publishing.

Современная технология наблюдения за растущими органоидами в режиме реального времени включает использование коммерческих чашек для культивирования с множеством лунок в планшете со стеклянным дном, помещенным под микроскоп. Планшеты дорогие и совместимы только с определенными микроскопами. Они не позволяют поступать или пополнять питательную среду растущей тканью.

В последних достижениях используется техника, известная как микрофлюидика, при которой питательная среда доставляется через маленькие трубки, подключенные к крошечной платформе или чипу. Однако эти микрофлюидные устройства дороги и сложны в изготовлении.

Текущий прогресс использует 3D-печать для создания многоразовой и легко регулируемой платформы, изготовление которой стоит всего около 5 долларов за единицу. Конструкция включает лунки для визуализации растущих органоидов и микрофлюидных каналов для обеспечения питательной среды и предварительного нагрева, поддерживающего рост тканей.

Эффективно выращивая и поддерживая органоиды, нейробиологи могут разработать мощные модели развития мозга как со здоровым, так и с не здоровым генетическим фоном, сказала соавтор Мриганка Сур , профессор Ньютона из Института Пикауэра и Департамента мозга и когнитивных наук Массачусетского технологического института.

«Биореактор, напечатанный на 3D-принтере, — это новый захватывающий способ долгосрочного выращивания органоидов мозга и наблюдения за их динамикой во время нормального и аномального развития», — сказал Сур. «В сочетании с инновационными технологиями нашей лаборатории для неинвазивной визуализации органоидов in situ, это дает новый способ наблюдать динамику коркового развития органоидов и то, как они идут наперекосяк при нарушениях развития мозга».

Действительно, соавтор исследования Хлоя Делепин , активно использует реакторы для получения живых изображений органоидов, моделирующих синдром Ретта, разрушительное расстройство нервного развития и ведущую известную генетическую причину аутизма у девочек.

Для устройства, напечатанного на 3D-принтере, использовался биосовместимый тип смолы, используемый в стоматологической хирургии. Печатный чип отверждали, подвергая его воздействию ультрафиолетового света, затем стерилизовали перед помещением живых клеток в лунки. После закрытия верхней части лунок предметным стеклом питательная среда и препараты для использования в исследовании добавлялись через небольшие входные отверстия.

«Наши затраты на проектирование значительно ниже, чем у традиционных продуктов культивирования органоидов на основе чашки Петри или спинового биореактора», — сказал соавтор исследования Икрам Хан, бывший студент Массачусетского технологического института. «Кроме того, чип можно мыть дистиллированной водой, сушить и автоклавировать, поэтому его можно использовать повторно».

Исследователи протестировали свое устройство с органоидами, полученными из клеток человека. Они наблюдали за растущими органоидами мозга под микроскопом и смогли успешно проследить за их ростом и развитием в течение семи дней. На небольшом участке ткани мозга образовалась полость или желудочек, окруженный самоорганизующейся структурой, напоминающей развивающийся неокортекс.

Процент клеток в ядре органоида, которые умерли в течение этого однонедельного периода, был меньше в устройстве, напечатанном на 3D-принтере, чем в обычных условиях культивирования. Исследователи считают, что конструкция их клеток защищает крошечный растущий мозг.

Хан сказал: «Одно преимущество, предлагаемое нашим микрофлюидным устройством, состоит в том, что оно обеспечивает постоянную перфузию культуральной камеры, которая более точно имитирует физиологическую перфузию ткани, чем обычная культура, и, таким образом, снижает гибель клеток в ядре органоида».

Исследователи надеются увеличить емкость своего устройства за счет увеличения количества доступных лунок. Другие улучшения позволят интегрировать в конструкцию дополнительные инструменты.

Поделиться

Источник