Honning, Jeg krympede cellekulturen

Fra "Fantastic Voyage" til "Despicable Me, "Shrink rays har været en science-fiction basis på skærmen. Nu har kemikere ved University of Texas i Austin udviklet en ægte shrink ray, der kan ændre størrelsen og formen af ​​en blok af gel-lignende materiale, mens menneske- eller bakterieceller vokser på Dette nye værktøj lover for biomedicinske forskere, herunder dem, der søger at belyse, hvordan man dyrker erstatningsvæv og organer til implantater.

"At forstå, og i fremtidens ingeniør, den måde, celler reagerer på de fysiske egenskaber i deres miljø, du ønsker at have materialer, der kan omformes dynamisk, " sagde Jason B. Shear, professor i kemi og medopfinder af det nye værktøj.

Værket blev offentliggjort online i dag i Journal of the American Chemical Society .

Den virkelige kraft ved at krympe det materiale, der bruges til at dyrke celler - kaldet substratet - er ikke så meget i at gøre det mindre, som det er i selektivt at ændre overfladens form og tekstur. Ved præcist at kontrollere, hvilke dele af materialets indre, der krymper, forskerne kan skabe specifikke 3-D funktioner på overfladen, herunder bump, riller og ringe. Det er som at knibe et tæppe nedefra for at danne toppe og dale på overfladen.

Forskerne kan også ændre placeringen og formen af ​​overfladeegenskaber, efterhånden som tiden går, for eksempel at forvandle et bjerg til en muldvarpebakke eller endda et synkehul, efterligner den dynamiske karakter af det miljø, hvor cellerne typisk lever, vokse og bevæge sig.

Krympestrålen er en nær-infrarød laser, der kan fokuseres på bittesmå punkter inde i substratet. Underlaget ser ud og opfører sig lidt som en blok af Jell-O. På det mikroskopiske plan, den er lavet af proteiner blandet og sammenflettet som en bunke garn. Når laseren rammer et punkt inden i substratet, der dannes nye kemiske bindinger mellem proteinerne, trække dem tættere ind, en ændring, der også ændrer overfladeformen, når den trækkes på nedefra. Forskere scanner laseren gennem en række punkter i substratet for at skabe enhver ønsket overfladekontur på et hvilket som helst sted i forhold til målrettede celler.

I modsætning til andre metoder til at ændre substratet under levende celler, UT Austin krympestråle opvarmer ikke eller ændrer overfladen kemisk, beskadige levende celler eller få celler til at løsne sig fra overfladen. Og det tillader dannelse af ethvert 3D-mønster på forespørgsel, mens du ser de voksende celler gennem et mikroskop.

UT Austin-forskernes umiddelbare planer er at bruge værktøjet til at undersøge grundlæggende videnskabelige spørgsmål omkring cellulær vækst og migration, indsats, der kunne muliggøre forskellige fremtidige medicinske anvendelser. For eksempel, tilgangen kan føre til materialer og procedurer, der fremmer sårheling eller genvækst af nerver, eller hjælpe med at vokse og med succes implantere erstatningsvæv, såsom hud- eller hjerteklapper.

"For at få væv til at vokse i en skål, der vil være effektiv, når den først er implanteret, vi skal først forstå, så bedre efterligne det miljø, hvor de typisk udvikler sig i vores egen krop, "sagde Shear.

En anden potentiel anvendelse ville være i grundforskning om, hvordan topografien af ​​en overflade påvirker dannelsen af ​​farlige bakteriekolonier kaldet biofilm. Mikrobielle biofilm - tætte, klæbrige måtter af bakterier, der dannes på medicinsk udstyr og kan føre til svære at behandle infektioner - bidrager til hospitalsbårne infektioner for op til 1 million mennesker i USA årligt. Hvis videnskabsmænd bedre kan forstå, hvilke topografiske træk der forhindrer biofilm i at dannes, og hvordan funktioner, der ændrer sig over tid, kan påvirke processen, de kan muligvis udvikle belægninger til biomedicinsk udstyr, der blokerer for deres dannelse og forhindrer svære at behandle infektioner.