惊人!科学家利用3D打印生物反应器培育出大脑类器官,可实时研究其生长发育

2021-04-09

现在,用一种比一杯咖啡稍贵一点的设备,就能够栽培和培育人类脑安排。有了一种5美元的可清洗、可重复运用的微芯片,科学家们能够在显微镜下实时调查自安排的大脑样本,也便是所谓的大脑器官。

这种被称为“微流控生物反响器”的设备是一个4×6厘米的芯片,其间包含一些大脑类器官成长的小孔。每一个都充满了富含养分的液体,能够自动地进出,就像冲刷人类大脑的液体相同。

运用这个体系,来自印度马德拉斯理工学院的Ikram Khan和他在麻省理工学院(MIT)的搭档们,陈述了一个大脑器官在7天内的成长。Khan说,这表明脑细胞能够在芯片内茁壮成长。

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更有意义的是——理论上,在实验室中培育脑安排能够让科学家测验不同患者的大脑对不同药物的反响。

培育大脑类有机物的设备现已存在,但由于培育皿是关闭的,以防止空气中微生物的污染,所以不可能增加氨基酸、维生素、盐和葡萄糖等养分物质,也不可能铲除细胞产生的废物。因而,这些细胞一般会在几天内逝世。

为了处理这个问题,研讨人员之前现已增加了一些细微的管道来向脑安排运送养分物质。可是这些设备的不透明规划使人们无法调查培育皿内产生的工作——这是一个严重的问题,尤其是假如科学家想知道安排对药物的反响。

因而,Khan和他的搭档们规划了一种新的、更简略的设备,它将一个成长渠道、微型管道、药物打针通道,乃至一个液体加热室都整合到一个芯片上,能够运用牙科手术中常用的生物兼容树脂来进行3D打印。生物反响器经过关闭培育箱中的管道操控弥补液体和废物提取的活动,一起供给充沛的可视性。

全体来看,研讨人员们开发一种微流控芯片和生物反响器的规划,以完成在芯片上对大脑类器官的原位盯梢和成像。

为了测验他们的体系,研讨人员将人类大脑分解的干细胞放入井中,并对流经芯片的流体进行编程。运用渠道上方的显微镜,他们能够调查到脑安排在整整一周内的发育——基本上是直到类器官的小孔空间耗尽停止。

在这段时间里,他们看到这些细胞繁衍并形成了一个相似脑室的结构,相似于实在大脑中的空腔,麻省理工学院的Chloé Delépine 表明。脑室被相似于新皮层的安排围住,新皮层是担任思想、推理和言语了解等高阶功用的大脑层。

Delépine说,曾经人类大脑类器官现已在实验室中达到了这样的开展水平,但这标志着第一次在一种设备中产生,这种设备能够很好地调查安排,并且价格低廉。

Khan表明:“我的方针是让全世界需求运用这项技能满意医疗需求的人都用上这项技能。”为了完成这一方针,他在印度创办了一家草创公司。

在这项工作中,他们开发了一种低成本的微流控生物反响器,规划用于支撑单个芯片上的成像和培育,并运用根据3D打印的立体蚀刻技能制作。

上述研讨成果宣布在美国物理联合会杂志《生物微流体》(Biomicrofluidics)上,题为《一种低成本的3D打印微流控生物反响器和成像室,用于活体有机物成像》(A low-cost 3D printed microfluidic bioreactor and imaging chamber for live-organoid imaging)。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参阅来历:https://www.newscientist.com/article/2273694-human-brain-organoids-grown-in-cheap-3d-printed-bioreactor/#ixzz6rOrzyQZE

论文链接:DOI: 10.1063/5.0041027

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