生物工程师制造神经元和支持细胞的“迷你脑”

2018-05-15

                

如果你需要一个工作的微型大脑 - 比如说用于药物测试,测试神经组织移植,或者试验干细胞如何工作 - 一篇新论文描述了如何用布朗大学作者所说的相对简单和低费用来构建一个。作者说,大脑的小球没有任何思考,但它们产生电信号并形成自己的神经连接 - 突触 - 使它们成为神经科学研究的可生产测试床。

研究生Molly Boutin说:“我们认为这是建立更好的体外[实验室]模型的一种方式,可以减少动物的使用。”组织工程学期刊C部分新论文的联合主要作者,现在做的很多工作都是在二维文化中进行的,但这是一个与体内[生活]场景相关的替代方案。“

研究人员说,只有一个来自单一啮齿动物的活体组织样本可以制造数千个迷你大脑。配方包括用一些离心步骤分离和浓缩所需的细胞,并使用该精制的样品在琼脂糖球形模具中的培养基中接种细胞培养物。

研究人员承认,直径约三分之一毫米的迷你大脑不是中枢神经系统的第一个或最复杂的工作细胞培养物,但它们需要的步骤较少,而且使用的是更容易获得的材料。

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“这些材料很容易获得,而迷你大脑制作起来很简单,”共同主要作者Yu-Ting Dingle说,她获得了博士学位。于2015年5月在布朗举行。她将它们与近年来激增的零售3D打印机进行了比较,将这种曾经罕见的技术带入了更多的大众市场。 “我们可以让各种实验室做这项研究。”

文章显示,在接种培养物一天后,脑组织的球体开始形成,并且在两到三周内形成了复杂的三维神经网络。

25美分的迷你大脑

当然,固定成本是固定的,但每个新的迷你脑的成本大约为0.25美元,研究资深作者Diane Hoffman-Kim说,他是分子药理学,生理学和生物技术学副教授以及布朗大学工程学副教授。

霍夫曼 - 金说:“我们知道这是一个相对高吞吐量的系统,但即使我们计算出每个迷你脑的低成本,我们也感到惊讶。

霍夫曼 - 金的实验室与布朗同事的生物工程师和生物工程师合作,Julie Kauer,Jeffrey Morgan和Eric Darling都是共同作者 - 建立迷你大脑。她想为她实验室的基础生物医学研究开发一个测试平台。例如,她有兴趣开发一种模型来测试神经细胞移植的各个方面,就像已经提出的治疗帕金森病一样。 Boutin对建立工作的3-D细胞培养感兴趣,以研究成人神经干细胞如何发育。

摩根的普罗维登斯初创公司MicroTissues Inc.制造了用于研究的三维组织工程模具。

他们开发的方法产生了具有几个重要特性的迷你脑:

多样化的细胞类型:这些培养物包含抑制性和兴奋性神经元以及称为神经胶质细胞的几种基本神经支持细胞。电活性:神经元起火并形成突触连接,产生复杂的网络.3-D:细胞连接并在真实的几何形状,而不仅仅是在一个平面上,如在二维文化中。自然密度:实验表明,迷你大脑的密度为每立方毫米几十万个细胞,这与自然啮齿动物大脑相似。物理结构:迷你脑中的细胞产生它们自己的细胞外基质,产生与天然组织具有相同机械性质(松软性)的组织。文化也不依赖于外来材料,如胶原支架。长寿:在测试中,培养的组织活至少一个月。

与布朗脑科学研究所和生物医学工程中心有联系的霍夫曼 - 金说,她希望迷你脑能够扩散到许多不同的实验室,包括那些对神经组织有问题但不一定是程度的研究人员神经科学和细胞培养设备所需的其他方法。

“如果你是那个实验室的人,我们认为你不应该为自己装备一个微电子设备,而且你不应该为了产生大脑的体外模型而进行胚胎解剖,”Hoffman-金说。

该论文的其他作者是安达奇里拉,Liane Livi,Nicholas Labriola和Lorin Jakubek。

国家科学基金会,国立卫生研究院,布朗脑科学研究所和美国教育部资助了这项研究。

出版物:Yu-Ting L. Dingle女士等人,“三维神经球体培养:皮质研究的体外模型”,组织工程C部分:方法,2015; DOI:10.1089 / ten.TEC.2015.0135。

资料来源:布朗大学