В напечатанном на 3D-принтере биореакторе вырастили фрагмент крошечного мозга — Naked Science
9 минут
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, 17:22
9 минут
Мария Азарова

Век Международной космической станции официально подходит к концу. Российское правительство планирует сообщить партнерам о выходе из выработавшего свой ресурс проекта и сосредоточиться на создании национальной орбитальной станции.

Вчера, 12:10
5 минут
Сколтех

Группа ученых из России изучила роль двухцепочечных фрагментов РНК в процессе ее созревания. Было показано, что взаимодействие между удаленными участками РНК может регулировать процессы созревания информационных молекул РНК.

17 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Компания Northrop Grumman сообщила о первом полете беспилотного летательного аппарата Global Hawk, построенного для японцев. Всего Страна восходящего солнца должна получить три таких БПЛА.

16 апреля
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

16 апреля
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Позавчера, 21:00
7 минут
Василий Парфенов

Уже этой осенью в путешествие отправится крупнейший из созданных человеком космических телескопов — JWST. Он не только сменит на «посту» стремительно устаревающего «Хаббла», но и существенно раздвинет границы нашего понимания Вселенной. Американские астрономы с помощью моделирования показали, насколько быстро этот научный инструмент сможет обнаружить биосигнатуры в атмосферах планет у других звезд.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: