• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.04.2021
Мария Азарова
1 619

В напечатанном на 3D-принтере биореакторе вырастили фрагмент крошечного мозга

5.9

Недорогая и многоразовая технология позволила ученым на протяжении семи дней наблюдать за растущими органоидами мозга под микроскопом, за их ростом и развитием.

Органоид
Органоид, выращенный в микрожидкостном биореакторе / © Ikram Khan et al.

Органоиды — биологические системы, выращенные in vitro и затем самоорганизующиеся в трехмерные клеточные ткани определенных органов. Органоиды мозга, в частности, стали ценными моделями для изучения развития главного органа центральной нервной системы. Однако обеспечение стабильного питания растущих структур остается одной из проблем в этой области, и исследователи нуждаются в улучшенных инструментах культивирования и визуализации, чтобы иметь возможность фиксировать динамику процессов развития мозга in vitro.

Ученые из Массачусетского технологического института в США и Индийского технологического института в Мадрасе за семь дней вырастили небольшие фрагменты самоорганизующейся мозговой ткани в крошечном и недорогом биореакторе, напечатанном на 3D-принтере. Описание разработки представлено в журнале Biomicrofluidics.

«Микрофлюидный биореактор» представляет собой чип размером четыре на шесть сантиметров и включает небольшие лунки, где растут органоиды. Каждый из них наполнен жидкостью, богатой питательными веществами, которая закачивается и выходит автоматически — как жидкости, проходящие через настоящий мозг. Устройства для выращивания органоидов этого органа уже существуют, но поскольку чашки закрыты во избежание заражения микроорганизмами из воздуха, туда невозможно добавлять питательные вещества (аминокислоты, витамины, соли и глюкозу) или удалять отходы, производимые клетками. В итоге те умирают за несколько дней. Кроме того, зачастую чашки для культивирования расположены на планшетах со стеклянными дном — а они дороги и совместимы только с определенными микроскопами.

Напечатанный на 3D-принтере микрожидкостный биореактор для выращивания различных клеточных культур / © Ikram Khan et al.

С недавних пор ученые начали использовать технику, известную как микрофлюидика или микрогидродинамика: питательная среда доставляется через маленькие трубки, подключенные к крошечной платформе или чипу. Но и такие микрофлюидные устройства, опять же, дороги и сложны в изготовлении, плюс из-за их непрозрачного дизайна невозможно наблюдать за происходящим внутри чашки — серьезная проблема, ведь ученые хотят знать, как ткань реагирует на вводимые препараты.

Авторы новой разработки решили использовать 3D-печать для создания многоразовой и легко регулируемой платформы, создание которой обойдется всего в пять долларов. Она включается в себя крошечные трубки, каналы для инъекций лекарств и даже отделение для подогрева жидкости на одном чипе, который можно напечатать на 3D-принтере с использованием биосовместимого типа смолы, применяемой в стоматологии. Биореакторы контролируют поток жидкости и отток отходов через трубки в закрытом инкубаторе, обеспечивая при этом полную видимость.

«Наши затраты были значительно ниже, чем у традиционных техник культивирования органоидов на основе чашки Петри или спинового биореактора, — рассказал один из авторов исследования Икрам Хан. — К тому же чип можно промывать дистиллированной водой, сушить и автоклавировать, а затем использовать повторно».

Чтобы проверить разработку, ученые поместили дифференцированные стволовые клетки мозга человека в лунки и запрограммировали поток жидкости через чип. Используя микроскоп над платформой, им удалось наблюдать за развитием мозговой ткани на протяжении недели, пока органоиды не заняли все пространство крошечных лунок. За это время клетки размножались и образовывали структуру, похожую на желудочек и полости, наблюдаемые в реальном мозге. Желудочек окружала ткань, которая выглядела как ткань неокортекса, отвечающего за функции высокого порядка: мышление, рассуждение и понимание речи.

Ранее выращенные органоиды мозга уже достигали аналогичного уровня развития в лабораториях, однако это первый случай, когда все произошло в устройстве, обеспечивающем такую ​​хорошую видимость ткани и за столь малые деньги. Процент клеток в ядре органоида, погибших за неделю исследований, оказался меньше, нежели в обычных условиях культивирования. По мнению ученых, секрет в том, что их устройство защищает крошечный растущий мозг.

«Преимущество этого микрофлюидного устройства в том, что оно обеспечивает постоянную перфузию культуральной камеры, которая точнее имитирует физиологическую перфузию ткани, нежели обычная культура, и тем самым снижает риск гибели клеток в ядре органоида. <…> Наша цель — чтобы эта технология достигла людей во всем мире, которые в ней нуждаются», — подытожил Хан.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

Позавчера, 10:57
Сергей Васильев

Напряженная мыслительная деятельность приводит к накоплению нейромедиаторов в синапсах префронтальной коры. Это усложняет их работу и может повреждать нейроны, заставляя мозг сигнализировать об опасности.

Позавчера, 15:48
Ольга Иванова

Исследование американских нейробиологов на грызунах показало, что повышенный уровень тестостерона способствует не только агрессивному, но и просоциальному поведению.

Позавчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

Позавчера, 10:57
Сергей Васильев

Напряженная мыслительная деятельность приводит к накоплению нейромедиаторов в синапсах префронтальной коры. Это усложняет их работу и может повреждать нейроны, заставляя мозг сигнализировать об опасности.

Позавчера, 15:48
Ольга Иванова

Исследование американских нейробиологов на грызунах показало, что повышенный уровень тестостерона способствует не только агрессивному, но и просоциальному поведению.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: