Ein zugänglicher Ansatz zur Herstellung eines Mini-Gehirns | 2020

Inhaltsverzeichnis:

Anonim

"Wir betrachten dies als einen Weg, um ein besseres In-vitro-Modell zu entwickeln, mit dem der Tiergebrauch reduziert werden kann", sagte die Doktorandin Molly Boutin, Co-Hauptautorin des neuen Artikels in der Zeitschrift Tissue Engineering: Teil C . "Ein Großteil der Arbeit, die derzeit geleistet wird, ist in der zweidimensionalen Kultur, aber dies ist eine Alternative, die für das In-vivo-Szenario viel relevanter ist."

Bereits eine kleine Probe lebenden Gewebes von einem einzigen Nagetier könne Tausende von Mini-Gehirnen produzieren, sagten die Forscher. Das Rezept beinhaltet das Isolieren und Konzentrieren der gewünschten Zellen mit einigen Zentrifugenschritten und die Verwendung dieser raffinierten Probe, um die Zellkultur in Medium in einer kugelförmigen Agaroseform auszusäen.

Die Mini-Gehirne mit einem Durchmesser von etwa einem Drittel Millimeter sind nach Ansicht der Forscher nicht die ersten oder anspruchsvollsten funktionierenden Zellkulturen eines Zentralnervensystems, benötigen jedoch weniger Schritte, um sie herzustellen, und sie verwenden leichter verfügbare Materialien.

"Die Materialien sind leicht zu beschaffen und die Mini-Gehirne einfach herzustellen", sagte die Co-Hauptautorin Yu-Ting Dingle, die ihren Doktortitel erworben hatte. Bei Brown im Mai 2015. Sie verglich sie mit 3-D-Druckern für den Einzelhandel, die in den letzten Jahren stark zugenommen haben, und brachte diese einst seltene Technologie auf den Massenmarkt. "Wir könnten allen Arten von Laboren erlauben, diese Forschung zu betreiben."

Die Sphären des Gehirngewebes beginnen sich innerhalb eines Tages nach der Aussaat der Kulturen zu bilden und haben innerhalb von zwei bis drei Wochen komplexe 3-D-Neuronale Netze gebildet.

25-Cent-Mini-Gehirn

Es gibt natürlich feste Kosten, aber die ungefähren Kosten für jedes neue Mini-Gehirn liegen in der Größenordnung von 0,25 US-Dollar, sagte die leitende Autorin der Studie, Diane Hoffman-Kim, Associate Professor für Molekulare Pharmakologie, Physiologie und Biotechnologie und Associate Professor für Ingenieurwissenschaften bei Brown .

"Wir wussten, dass es sich um ein System mit relativ hohem Durchsatz handelt, aber selbst wir waren überrascht über die geringen Kosten pro Mini-Gehirn, als wir es berechnet haben", sagte Hoffman-Kim.

Hoffman-Kims Labor arbeitete mit anderen Biologen und Bioingenieuren bei Brown zusammen - die Kolleginnen und Kollegen der Fakultät Julie Kauer, Jeffrey Morgan und Eric Darling sind alle Co-Autoren -, um das Mini-Gehirn zu entwickeln. Sie wollte einen Prüfstand für die biomedizinische Grundlagenforschung ihres Labors entwickeln. Sie war beispielsweise daran interessiert, ein Modell zu entwickeln, um Aspekte der Transplantation neuronaler Zellen zu testen, wie sie zur Behandlung der Parkinson-Krankheit vorgeschlagen wurden. Boutin war daran interessiert, funktionierende 3-D-Zellkulturen aufzubauen, um die Entwicklung adulter neuronaler Stammzellen zu untersuchen.

Das Startup-Unternehmen MicroTissues Inc. in Providence stellt die in der Studie verwendeten 3-D-Tissue Engineering-Formen her.

Die von ihnen entwickelte Methode liefert Mini-Gehirne mit mehreren wichtigen Eigenschaften:

  • Verschiedene Zelltypen: Die Kulturen enthalten sowohl inhibitorische als auch exzitatorische Neuronen und verschiedene Arten essentieller neuronaler Unterstützungszellen, die als Glia bezeichnet werden.
  • Elektrisch aktiv: Die Neuronen feuern und spitzen und bilden synaptische Verbindungen, wodurch komplexe Netzwerke entstehen.
  • 3-D: Zellen verbinden und kommunizieren innerhalb einer realistischen Geometrie und nicht nur über eine flache Ebene wie in einer 2-D-Kultur.
  • Natürliche Dichte: Experimente zeigten, dass die Mini-Gehirne eine Dichte von einigen hunderttausend Zellen pro Kubikmillimeter haben, was einem natürlichen Nagetiergehirn ähnlich ist.
  • Physikalische Struktur: Zellen im Mini-Gehirn produzieren ihre eigene extrazelluläre Matrix, wodurch ein Gewebe mit den gleichen mechanischen Eigenschaften (Quetschbarkeit) wie natürliches Gewebe entsteht. Die Kulturen verlassen sich auch nicht auf Fremdstoffe wie Kollagengerüste.
  • Haltbarkeit: In Tests leben kultivierte Gewebe mindestens einen Monat.

Hoffman-Kim, die dem Brown Institute for Brain Science und dem Center for Biomedical Engineering angegliedert ist, hofft, dass sich das Mini-Brain in vielen verschiedenen Labors vermehrt, darunter auch in solchen von Forschern, die Fragen zu Nervengewebe haben, aber nicht unbedingt den Abschluss haben der Neurowissenschaften und Zellkultur Ausrüstung für andere Methoden erforderlich.

"Wenn Sie diese Person in diesem Labor sind, sollten Sie sich nicht mit einer Mikroelektronik-Einrichtung ausstatten und keine embryonalen Dissektionen durchführen müssen, um ein In-vitro-Modell des Gehirns zu erstellen." Sagte Kim.

Die anderen Autoren der Zeitung sind Anda Chirila, Liane Livi, Nicholas Labriola und Lorin Jakubek.

Die National Science Foundation, die National Institutes of Health, das Brown Institute for Brain Science und das US-Bildungsministerium finanzierten die Forschung.