Pesquisadores de Tu Delft Impressão 3D ‘Ambiente do cérebro’


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De acordo com a Universidade de Tecnologia em Delft (Tu Delft)os pesquisadores desenvolveram um ‘ambiente de cérebro’ impresso em 3D, onde os neurônios crescem de maneira semelhante a um cérebro actual. Usando nanopilares minúsculos, eles imitam o tecido neural macio e as fibras da matriz extracelular do cérebro. Esse modelo fornece novas idéias sobre como os neurônios formam redes, bem como uma nova ferramenta para entender, no futuro, como esse processo pode mudar de distúrbios neurológicos como Alzheimer, doença de Parkinson e espectro do autismo.

Os neurônios, como muitas células do corpo, respondem à rigidez e geometria de seus arredores. As placas tradicionais de Petri são planas e rígidas, ao contrário do ambiente de matriz extra-celular fibroso e macio do cérebro. Para se parecer com as propriedades geométricas e mecânicas desse ambiente, a equipe do Professor Associada Angelo Accardo, que TU Delft, projetou as matrizes nanopilares usando polimerização de dois fótons.

Pesquisadores de Tu Delft Impressão 3D ‘Ambiente do cérebro’

Esses pilares, cada um dos quais são mil vezes mais finos que um cabelo humano, são dispostos como pequenas florestas em uma superfície. Ao alterar a proporção dos pilares, os pesquisadores sintonizaram seu módulo de cisalhamento eficaz – uma propriedade mecânica detectada pelas células ao rastejar sobre as matrizes de nanoestrutura. “Isso trata os neurônios para o ‘pensamento’ de que eles estão em um ambiente suave e semelhante ao cérebro, mesmo que o próprio materials dos nanopilares seja rígido. Enquanto se dobra sob o rastreamento dos neurônios, os nanopilares não apenas simulam a suavidade do tecido cerebral, mas também fornecem uma estrutura nanométrica em 3D em que os neurônios podem agarrar, como as nanofibras da matriz extra-celular no tecido cerebral actual ”, disse AccoDo. Isso influencia como os neurônios crescem e se conectam.

Redes ordenadas

Para testar o modelo, os pesquisadores cresceram três tipos diferentes de células neuronais – derivadas do tecido cerebral de camundongo ou de células -tronco humanas – nos nanopilares. Nas placas de Petri tradicionais e biomateriais 2D, os neurônios cresceram em direções aleatórias. No entanto, nas matrizes nanopilares impressas em 3D, todos os três tipos de células cresceram em padrões mais organizados – formando redes em ângulos específicos.

Os pesquisadores de Tu Delft impressam 3D 'Ambiente do cérebro' - imitando o tecido neural macio e as fibras da matriz extracelular do cérebro.

O estudo, publicado em materiais funcionais avançados e destacado em sua capa, também revelou novas idéias sobre os cones de crescimento neuronal.

“Essas estruturas semelhantes à mão guiam as pontas dos neurônios em crescimento enquanto procuram novas conexões. Em superfícies planas, os cones de crescimento se espalham e permanecem relativamente planos. Mas nas matrizes nanopilares, os cones de crescimento enviaram projeções longas e parecidas com dedos, explorando o ambiente em todas as direções-não apenas ao longo de um plano plano, mas também no espaço 3D, semelhante ao que acontece em um ambiente cerebral actual ”, disse Accardo .

“Além disso, descobrimos que o ambiente criado pelos nanopilares também parecia incentivar os neurônios a amadurecer”, disse George Flamourakis, primeiro autor do estudo. As células progenitoras neurais cultivadas nos pilares apresentaram níveis mais altos de um marcador de neurônios maduros, em comparação com os cultivados em superfícies planas. “Isso mostra que o sistema não apenas influencia a direção do crescimento, mas também promove a maturação neuronal”.

Estudando distúrbios cerebrais

“O problema (com neurônios em crescimento em materiais macios, como géis) é que as matrizes de gel, como colágeno ou matrigel, geralmente sofrem de variabilidade em lote a lote e não apresentam recursos geométricos racionalmente projetados. O modelo de matrizes nanopilares oferece o melhor dos dois mundos: ele se comporta como um ambiente suave com características nanométricas e mantém reprodutibilidade extremamente alta, graças à resolução da polimerização de dois fótons ”, disse Accardo.

Ao replicar melhor como os neurônios crescem e se conectam, o modelo desenvolvido pode oferecer novas idéias sobre as diferenças entre redes cerebrais saudáveis ​​e as associadas a distúrbios neurológicos, como a Alzheimer, Doença de Parkinsone distúrbios do espectro do autismo.

O trabalho de Tu Delft é um esforço conjunto entre três departamentos da Faculdade de Engenharia Mecânica (PME, BMeche & DCSC), a Faculdade de Física Aplicada (Imphys) e o Erasmusmc. A pesquisa foi apoiada por coesão de engenharia mecânica e subsídios do NWO XS.

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