Разрабатываются массивы микроэлектродов оболочки для органоидов мозга

Прочитано: 206 раз(а)


Это может быть самая маленькая в мире шапочка электрода ЭЭГ, созданная для измерения активности в модели мозга размером с точку от авторучки. Его разработчики ожидают, что устройство поможет лучше понять нервные расстройства и то, как потенциально опасные химические вещества влияют на мозг.

Этот инженерный подвиг, возглавляемый исследователями из Университета Джона Хопкинса и подробно описанный сегодня в  журнале Science Advances , расширяет возможности исследователей с помощью органоидов, включая мини-мозг — выращенные в лаборатории шарики человеческих клеток, которые имитируют некоторые структуры и функции мозга .

«Это важный инструмент для понимания развития и работы человеческого мозга», — сказал Дэвид Грасиас, химик и биомолекулярный инженер Университета Джона Хопкинса и один из создателей. «Создание микроинструментов для мини-органов — сложная задача, но это изобретение имеет фундаментальное значение для новых исследований».

Поскольку органоиды были впервые созданы более десяти лет назад, исследователи модифицировали стволовые клетки , чтобы создать небольшие почки, легкие, печень и мозг. Сложные миниатюрные модели используются для изучения развития органов. Исследователи изучают неизмененные органоиды рядом с генетически модифицированными, зараженными вирусами и подвергшимися воздействию химических веществ. Органоиды, особенно мини-мозги, приобретают все большее значение в медицинских исследованиях, поскольку их можно использовать в экспериментах, которые в противном случае потребовали бы испытаний на людях или животных.

Но поскольку обычный аппарат для тестирования органоидов плоский, исследователи смогли исследовать лишь ограниченное количество клеток на их поверхности. По словам Грасиаса, знание того, что происходит с большим количеством клеток в органоиде, поможет понять, как функционируют органы и развиваются заболевания.

«Мы хотим получать информацию от как можно большего количества клеток мозга, поэтому мы знаем состояние клеток, то, как они общаются, и их пространственно-временные электрические схемы», — сказал он.

«Люди — это не «плоский Стэнли», — сказала соавтор Лена Смирнова, научный сотрудник отдела гигиены окружающей среды и инженерии в школе Блумберга. «Плоские измерения имеют врожденные ограничения».

Вдохновленные шапочками черепа с точечными электродами, используемыми для обнаружения опухолей головного мозга , команда создала крошечные шапочки ЭЭГ для органоидов мозга из самоскладывающихся полимерных листов с металлическими электродами с проводящим полимерным покрытием. Микрокапсулы охватывают всю сферическую форму органоида , обеспечивая трехмерную запись со всей поверхности, так что, среди прочего, исследователи могут прослушивать спонтанную электрическую связь нейронов во время тестов на наркотики .

Ожидается, что данные будут лучше, чем показания тока с обычных электродов на плоской пластине.

«Если вы записываете с плоской плоскости, вы получаете записи только со дна трехмерной органоидной сферы. Однако органоид — это не просто однородная сфера», — сказал первый автор Ци Хуанг, доктор философии. Кандидат химических и биомолекулярных инженеров. «Есть нейронные клетки, которые общаются друг с другом, поэтому нам нужно их пространственно-временное отображение».

Имея более подробную информацию об органоидах, исследователи могут изучить, вызывают ли химические вещества, используемые в потребительских товарах, проблемы с развитием мозга, сказал соавтор Томас Хартунг, директор Центра альтернатив испытаниям на животных в Школе общественного здравоохранения Блумберга имени Джона Хопкинса.

«Некоторые химические вещества, такие как пестициды, вызывают особое подозрение, поскольку многие из них убивают насекомых, повреждая их нервную систему», — сказал Хартунг. «Антипирены — это еще один класс химикатов, который вызывает у нас опасения».

Исследователи надеются, что показания колпачков могут уменьшить количество животных, необходимых для проверки химических эффектов. По словам Хартунга, традиционное тестирование только одного химического вещества требует около 1000 крыс и стоит около 1 миллиона долларов. Он добавил, что результаты исследования органоидов также более уместны, потому что человеческий мозг сильно отличается от мозга крысы и мыши.

Разрабатываются массивы микроэлектродов оболочки для органоидов мозга



Новости партнеров