新方法可按需構建體外3D神經組織模型|總編輯圈點

2019-12-12 14:21:04 來源: 科技日報 作者: 劉海英

科技日報記者 劉海英

在最新一期《美國國家科學院院刊》中,美國伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校研究人員報告稱,他們開發出一種構建功能性體外神經組織模擬物的新方法,利用該方法構建的3維(3D)神經組織模型,不僅能保持神經組織的電生理活性,還可根據需要將模擬物制成不同形狀的模型,以適應多種平臺應用。


利用新方法創建的不同形狀的神經組織模型。     圖片來源:伊利諾伊大學格蘭杰工程學院官網

類人體組織結構的設計、模型開發對于生物醫學研究和工程應用都非常重要。與2D模型相比,3D模型在概括組織結構和功能方面更精準、有效。如能根據需要控制要創建的3D組織模型的形狀和大小,則更有助于相關研究和應用開發。但就體外神經組織模型來說,要做到這一點十分困難。

此次伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校研究人員開發的新方法,使用了干細胞、纖維蛋白基質和3D打印模具。由水凝膠和纖維蛋白制成的毫米到厘米級結構,沒有剛性支架,因此可以根據需要被制成多種形狀。這種結構優勢讓模擬物具有了更大的應用空間,例如,將其放置在一個圓柱形玻璃棒上,在以前是很難做到的,但如果這個3D神經組織模型是環狀的,就可以輕松達成目標。

在研究過程中,研究人員先使用了小鼠胚胎干細胞進行實驗,通過優化細胞播種方案,表征構建身體內部結構,重塑細胞外基質,驗證構建體電生理活性等系列研究,獲取實驗數據。隨后,基于這些實驗發現,研究人員使用源自人類胚胎干細胞的神經元來制造模型,最終完成了多種形狀的3D人類神經組織模擬物的構建。

研究人員表示,他們的新方法有助于推動各種體外功能性神經組織模型的設計開發,進而提供更好的工具,幫助科學家更深刻地理解神經科學和各類神經疾病,推進疾病研究和新藥開發。

總編輯圈點:

神經系統的損傷是一種嚴重影響人們生活的疾病,而目前針對這類損傷,還沒有一種特效性的療法。因為神經組織包括數量極其龐大的神經元,而它們接受刺激、傳導沖動和整合信息的能力,人類至今也不能說透徹了解。鑒于此,一個源自人類胚胎干細胞的神經元形成的3D神經模型,就具有無可比擬的研究參考價值,科學家可以從中更好地了解神經訊號傳遞、學習以及退化的復雜過程,最終在治療中,實現對癥下藥。

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責任編輯: 常麗君
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