Ingegneria dei costrutti dei tessuti simili al cervello tramite la tecnologia di stampa cellulare 3D

Ricercatori cinesi sostengono le cellule cerebrali bioprintate per quattro settimane

Nel recente ” Ingegneria dei costrutti dei tessuti simili al cervello tramite la tecnologia di stampa cellulare 3D “, i ricercatori utilizzano modelli 3D per raccogliere informazioni sulla neurologia su numerosi livelli, dall’apprendimento delle cellule neuronali al monitoraggio della salute dei pazienti, al miglioramento della consegna dei farmaci .

Poiché gli scienziati medici e i professionisti medici – dai clinici ai chirurghi che lavorano all’avanguardia in termini di procedure rare – continuano a utilizzare e migliorare i modelli anatomici, i pazienti traggono beneficio in molti modi positivi. È possibile eseguire una vasta gamma di studi, i medici possono effettuare diagnosi migliorate e offrire trattamenti completi , gli studenti di medicina possono esercitarsi senza aspettare cadaveri o altri materiali che potrebbero non essere sempre altamente accessibili e i chirurghi sono in grado di pianificare meglio gli interventi chirurgici, insieme all’utilizzo una serie di nuove guide e strumenti.

Ora, gli scienziati cinesi stanno esplorando la bioprinting per le neuroscienze e i costrutti di tessuto in vitro. Mentre i vantaggi della coltura cellulare con i limiti del 2D consentono una diminuzione degli studi sugli animali, portandola al livello successivo con il 3D consente progressi molto più sostanziali nella ricerca, soprattutto a causa della maggiore sostenibilità delle cellule, che è una delle maggiori sfide nello studio e nell’ingegneria dei tessuti.

Yu Song (a sinistra) e Ting Zhang (a destra) dell’Università di Tsinghua utilizzano la stampa di celle 3D per progettare costrutti di tessuto simili al cervello. (Per gentile concessione: Biomanufacturing and Rapid Forming Technology Key Laboratory of Beijing presso Tsinghua University)

“La stampa di cellule 3D come tecnologia emergente di biofabbricazione è stata ampiamente utilizzata per imitare i modelli 3D naturali nella ricerca sui tessuti in vitro , in particolare i costrutti dei tessuti simil-cervello in vitro nelle neuroscienze”, affermano i ricercatori nel loro documento . “I costrutti fabbricati di tessuto simile al cervello forniscono un microambiente 3D per far crescere le cellule neurali primarie. Dopo più di alcune settimane di coltura in vitro , la formazione di circuiti neurali in strutture fornisce loro la capacità di rispondere sensibilmente a uno stimolo “.

Con i nutrienti alla base della vitalità dei tessuti, i ricercatori hanno trovato successo in questo studio mantenendo in vita le cellule per ben quattro settimane. Usando un inchiostro per bioprinting ricco di cellule, sono stati in grado di depositare strati sugli elettrodi, con spazi tra le aree che fungono da aree in cui i nutrienti alimentano le cellule. Nel frattempo, i segnali cellulari sono stati monitorati dagli array di elettrodi.

Con i loro modelli che servono come fonti migliorate per i test antidroga e lo studio delle reti neurali, gli scienziati hanno anche realizzato la sopravvivenza di oltre tre quarti delle cellule nella struttura 3D. Tali risultati risiedono in un netto confronto con la struttura 2D, mostrando la mancanza di sopravvivenza per meno del 25 percento delle cellule alla fine.

Il modello 3D è stato creato presso l’Università di Tsinghua , presso il laboratorio chiave di Biomanufacturing and Rapid Forming Technology di Pechino. Le cellule sono state sospese in gelatina, alginato e fibrinogeno, con l’85% delle quali sono state sostenute durante il processo di stampa. Pur sottolineando la necessità di avere un diametro dell’ugello e una portata di stampa adeguati, i ricercatori sono stati in grado di realizzare bioink con proprietà meccaniche così forti da poter effettivamente imitare il tessuto cerebrale.

“Il nostro lavoro in corso include lo studio della diffusione dei farmaci neuro con diverse strutture molecolari a velocità diverse nei nostri modelli stampati e la somministrazione di stimolazione elettrofisiologica e / o pentilenetetrazolo nei nostri modelli per studiare l’epilessia”, ha affermato Wei Sun, direttore del Centro di produzione biologica dell’Università Tsinghua . “Siamo anche interessati a stampare cellule staminali per costruire un modello simile al cervello per studiare il neurosviluppo e integrare i modelli stampati simili al cervello con la microfluidica per costruire un dispositivo” cervello su chip “.”

Nei modelli 3D, le cellule primarie (raccolte dai ratti) vengono miscelate con materiali biocompatibili per formare il bioink e quindi stampate su una capsula di Petri per imaging o un array di elettrodi 4 × 4 per la registrazione elettrofisiologica. I campioni 2D sono usati come controlli. (Per gentile concessione: Biofabrication 10.1088 / 1758-5090 / ab7d76)

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