科學(xué)家在3D打印的生物反應(yīng)器中培育出微小大腦

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來(lái)自麻省理工學(xué)院和印度理工學(xué)院馬德拉斯分校的科學(xué)家們?cè)谝粋€(gè)微小的3D打印系統(tǒng)中種植了少量的可自我組織的腦組織，即所謂的有機(jī)體，可以在它們生長(zhǎng)發(fā)育的同時(shí)進(jìn)行觀察。這項(xiàng)工作由AIP出版公司在《生物微流體學(xué)》上進(jìn)行了報(bào)道。

目前對(duì)生長(zhǎng)中的器官體進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察的技術(shù)涉及使用商業(yè)培養(yǎng)皿，在玻璃底板上有許多孔，置于顯微鏡下。這些板子價(jià)格昂貴，而且只與特定的顯微鏡兼容。他們不允許流動(dòng)或補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)的生長(zhǎng)組織。

最近的進(jìn)展使用了一種被稱(chēng)為微流體的技術(shù)，其中營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)通過(guò)連接到微小平臺(tái)或芯片的小管子輸送。然而，這些微流控設(shè)備價(jià)格昂貴，制造難度大。目前的進(jìn)展是利用3D打印技術(shù)創(chuàng)建一個(gè)可重復(fù)使用且易于調(diào)整的平臺(tái)，其制造成本僅約5美元。該設(shè)計(jì)包括用于生長(zhǎng)有機(jī)體的成像井和微流體通道，以提供支持組織生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)和預(yù)熱。

牙科手術(shù)中使用的一種生物相容性樹(shù)脂被用于3D打印裝置。將打印的芯片暴露在紫外線(xiàn)下進(jìn)行固化，然后在將活細(xì)胞放入井中之前進(jìn)行滅菌。在用玻璃玻片封住井的頂部后，通過(guò)小的進(jìn)液口加入研究中使用的營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)和藥物。這種設(shè)計(jì)成本明顯低于傳統(tǒng)的培養(yǎng)皿或基于旋轉(zhuǎn)生物反應(yīng)器的有機(jī)體培養(yǎng)產(chǎn)品，此外，該芯片可以用蒸餾水清洗，干燥和高壓滅菌，因此，可以重復(fù)使用。"

研究人員用源自人體細(xì)胞的有機(jī)體測(cè)試了他們的裝置。他們用顯微鏡觀察了成長(zhǎng)中的大腦器官體，并能成功地跟蹤它們的生長(zhǎng)和發(fā)育7天。小小的一點(diǎn)腦組織發(fā)育出了一個(gè)空腔或腦室，周?chē)且粋€(gè)自組織結(jié)構(gòu)，類(lèi)似于一個(gè)正在發(fā)育的新皮質(zhì)。在這一周的時(shí)間里，在3D打印裝置中，器官體核心的細(xì)胞死亡的比例比在常規(guī)培養(yǎng)條件下要小。研究人員認(rèn)為，他們的細(xì)胞設(shè)計(jì)保護(hù)了正在成長(zhǎng)的微小大腦。

這種微流控裝置提供的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，它允許培養(yǎng)室的持續(xù)灌注，這比常規(guī)培養(yǎng)更接近于生理組織灌注，從而減少了類(lèi)器官核心細(xì)胞死亡。研究者希望通過(guò)擴(kuò)大可用井的數(shù)量來(lái)增加其裝置的容量，其他改進(jìn)將允許將更多的儀器集成到設(shè)計(jì)中。