Głównymi zaletami tej techniki jest jej prostota oraz niewielkie nakłady finansowe. Metoda ta  otwiera drogę do rozwoju bioinżynierii - w produkcji implantów oraz może być z powodzeniem wykorzystana w medycynie regeneracyjnej aby zastępować uszkodzone tkanki.

Osiągnięcie to jest kolejnym z wielu sukcesów tej grupy badawczej.

Profesor Boyden stwierdzi, iż jednym z wyzwań procesu produkcji tkanki mózgowej jest jej przestrzenna niejednorodność. Wspomniane wyzwania jednak nie są przeszkodą, a dodatkową motywacją do dalszej pracy badawczej.

Tkanka mózgowa charakteryzuje się wysoką złożonością oraz specjalizacją wchodzących w jej skład komórek. Do wyspecjalizowanych komórek należą między innymi neurony (pobudzające oraz hamujące) oraz komórki wspomagające takie jak komórki glejowe. W ośrodkowym układzie nerwowym komórki te występują w określonej lokalizacji i w odpowiednich proporcjach.

W celu jak najpełniejszego odzwierciedlenia architektonicznej złożoności tkanki mózgowej naukowcy przeprowadzili próby jej hodowli w warunkach in vitro.

Pierwszy etap badań polegał na pobraniu komórek z kory mózgowej szczurów laboratoryjnych. Komórki te umieszczano na arkuszach hydrożelu. W skład pobieranych preparatów wchodziły neurony istoty szarej oraz macierz pozakomórkowa, która miała za zadanie „wspomóc” mechanizmy regulacji funkcji komórek nerwowych.

Kolejnym etapem badania było ułożenie arkuszy hydrożelu w warstwy w taki sposób aby nałożone na siebie arkusze z łatwością mogły się ze sobą połączyć. Połączenie hydrożelu odbywało się z udziałem promieni słonecznych, które indukowały reakcję sieciowania.

Pokrywając żel warstwą „fotomaski” (stanowiącej swoisty filtr dla promieni słonecznych) naukowcy byli w stanie kontrolować obszary oraz ilość żelu który podlega reakcji sieciowania. Konsekwencją tego procesu jest nadanie tkance ściśle określonego trójwymiarowego kształtu.

Podobna technika, nazywana fotolitografią, wykorzystywana jest podczas produkcji komputerowych układów scalonych. Wspomniany zespół badawczy dostosował technikę fotolitografii do produkcji tkanek, redukując jednocześnie jej koszty w istotnym stopniu.

Wyprodukowane w ten sposób tkanki są niezwykle zbliżone do tkanek wzorcowych. Zgodność odwzorowania tkanki  pierwotnej sięga rzędu 10 mikronów, objętości pojedynczej komórki. Badacze planują uzyskanie tkanki mózgowej, w której jeden milimetr sześcienny będzie zawierał 100000 komórek oraz 900 mln połączeń nerwowych.

Z uwagi na to, że wyprodukowane tkanki charakteryzują się identyczną proporcją określonych komórek, jak w przypadku naturalnej tkanki „wzorcowej”, mogą one być wykorzystane do prowadzenia badań nad działaniem synaps.

Profesor inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Carnegie Mellon - Metin Sitti, będący członkiem zespołu badawczego, uważa, iż nowa metoda jest pierwszą tak łatwą do odtworzenia tkanek 3D. Twierdzi on, że w przyszłości naukowcy z łatwością będą mogli wykorzystywać metodę tę do wytwarzania heterogenicznych struktur tkankowych.

Prpfesos Boyden uważa, że dzięki tej metodzie będzie można odpowiedzieć na wiele pytań nurtujących naukowców, np. w jaki sposób komórki oddziałują na siebie i reagują na bodźce środowiskowe.

Naukowcy mają nadzieje, że nowa technologia produkcji tkanek pozwoli w przyszłości zaprojektować implanty tkanek, które mogłyby być stosowane w celu zastąpienia uszkodzonych tkanek u pacjentów.

Autorzy uważają, iż metoda ta będzie niezwykle przydatną w prowadzeniu przedklinicznych prób nowo wdrażanych leków. Zaletą prób przedklinicznych z wykorzystaniem wspomnianej metody, będzie znaczne skrócenie czasu badań.

Przeczytaj również:

Komisja Europejska dofinansuje badania nad ludzkim mózgiem!

Genetyczne podstawy schizofrenii - kolejne elementy układanki

Donata Zaczyńska
portal Biotechnologia.pl

Źródło:

“Simple Precision Creation of Digitally Specified, Spatially Heterogeneous, Engineered Tissue Architectures”. Gurkan UA, Fan Y, Xu F, Erkmen B, Urkac ES, Parlakgul G, Bernstein J, Xing W, Boyden ES, Demirci U.,Advanced Materials, 2012 Nov 27.  doi: 10.1002/adma.201203261.