Биоинженеры создали функциональную трёхмерную ткань, подобную мозговой
Биоинженеры создали трёхмерную ткань, подобную мозговой, которая функционирует и имеет структурные особенности, сходные с тканью мозга крысы. Её можно поддерживать живой в лаборатории более двух месяцев.
В качестве первого примера её потенциала исследователи использовали ткань для изучения химических и электрических изменений, происходящих сразу после черепно-мозговой травмы, и, в отдельном эксперименте, изменений в ответ на лекарство. Эта ткань может предоставить превосходную модель для изучения нормальной функции мозга, травм и болезней, а также помочь в разработке новых методов лечения дисфункций мозга.
Ткань была разработана в Центре ресурсов тканевой инженерии Университета Тафтса. Исследование возглавил Дэвид Каплан, директор центра.
Проблема существующих моделей:
- Нейроны, выращенные в 2D (чашках Петри), не могут воспроизвести сложную структурную организацию ткани мозга с её разделёнными областями серого и белого вещества.
- Модели на основе 3D-гелей живут недолго и не обеспечивают надёжной функции на уровне ткани.
Новое решение:
В работе, опубликованной 11 августа в Proceedings of the National Academy of Sciences, сообщается об успешном создании функциональной 3D-ткани, которая демонстрирует компартментализацию серого и белого вещества и может жить в лаборатории более двух месяцев.
Ключевая инновация — композитная структура:
- Каркас в форме пончика из губчатого белка шелка, на котором закрепляются нейроны.
- Более мягкий гель на основе коллагена, заполняющий центр "пончика" и проникающий в каркас, чтобы стимулировать рост аксонов.
Результат:
- Нейроны сформировали функциональные сети вокруг пор каркаса (серое вещество, где сосредоточены тела клеток).
- Более длинные аксоны проросли через центральный гель, создав отдельную область белого вещества в центре "пончика".
Преимущества новой ткани:
- Долговечность: Нейроны сохраняли стабильную метаболическую активность до пяти недель, в отличие от гелевой среды, где их состояние ухудшалось в течение 24 часов.
- Функциональность: Нейроны проявляли электрическую активность и реакцию, имитирующие сигналы в интактном мозге.
- Модель для травмы: Сброс груза на ткань для моделирования черепно-мозговой травмы вызвал изменения в электрической и химической активности нейронов, аналогичные наблюдаемым в исследованиях на животных. Это позволяет отслеживать реакцию в реальном времени.
- Модель для болезней: Долгий срок жизни ткани открывает возможности для изучения неврологических заболеваний, требующих длительного времени для развития.
Будущее развитие:
Исследователи работают над тем, чтобы сделать модель более похожей на мозг, например, создавая каркас с шестью концентрическими кольцами для имитации шести слоёв коры головного мозга человека. Новая технология будет доступна для всего биомедицинского сообщества.