7 апреля
Мария Азарова

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.
Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

Сегодня, 09:23
Сергей Васильев

Биологи обнаружили, что обширные скопления пластика позволяют прибрежным животным осваивать открытое море, прежде для них недоступное, и распространяться по всем уголкам океана.

1 декабря
Мария Азарова

Более низкие уровни интерлейкина-6 — маркера системного воспаления — выявили у людей, которые считали, что готовы предоставлять больше поддержки окружающим, чем получать взамен.

29 ноября
Мария Азарова

Ученые из США представили альтернативный молекулярный механизм образования меланоцитарного невуса, который согласуется как с экспериментальными, так и с клиническими наблюдениями.

Позавчера, 20:00
Василий Парфенов

Пару недель назад Международная космическая станция разменяла 23-й год своего существования на орбите. И хотя далеко не все ее модули насчитывают и десяти лет эксплуатации, конструкция в целом давно вызывает опасения в надежности. В числе прочего американскую сторону особо волнуют недавние неполадки в российском сегменте. Их считают предвестником серьезного препятствия человеческой экспансии в космос — когда мы лишимся важнейшего форпоста на орбите Земли, а замены ему еще не появится.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

18 ноября
Ольга Иванова

Группа исследователей из Китая и США выявила дополнительный фактор, который мог способствовать самому крупному вымиранию на планете.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

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

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: