Hjernevæv holdt i live i ugevis på en kunstig membran

Forskere ved RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research i Japan har udviklet et nyt system til at holde væv levedygtigt til langtidsstudier, når det først er overført fra et dyr til et dyrkningsmedium. Det nye system bruger en mikrofluidisk enhed, der kan forhindre, at væv både tørrer ud og drukner i væske. Et proof-of-concept-eksperiment viste, at væv eksplanteret fra musehjernen forblev levedygtigt efter næsten en måned i kultur, meget længere end det er muligt med andre mikrofluidiske dyrkningsmetoder, og også meget enklere.

Eksperimenter med væv i kultur kan lette lægemiddelopdagelsen, fordi forskere systematisk kan manipulere vævet og teste forskellige lægemidler eller lægemiddelkombinationer. Imidlertid, når man studerer et helt system, hvor mange celler skal interagere med hinanden, det har vist sig svært at holde vævet "i live" i mere end et par dage. Væv tørrer hurtigt ud og dør, medmindre det lægges i et vådt dyrkningsmedium med passende næringsstoffer. På den anden side, nedsænkning af komplekst væv i væske kan beskadige vævet, fordi det ikke tillader normal overførsel af gasser mellem dem.

For at løse dette problem, RIKEN-forskerne udviklede en mikrofluidisk enhed ved hjælp af polydimethylsiloxan (PDMS), materialet, der ofte bruges som skumdæmper i håndkøbslægemidler. Enheden har en semipermeabel kanal omgivet af en kunstig membran og solide PDMS-vægge. I stedet for konstant at blive nedsænket i væske, vævet havde fordel af at få kulturmediet til at cirkulere i mikrokanalen og passere gennem den permeable membran, som tillod korrekt gasudveksling. Det lyder simpelt, men at finde de optimale indstillinger viste sig at være udfordrende. Som førsteforfatter Nobutoshi Ota bemærker, "Det var vanskeligt at kontrollere mediumstrømmen, fordi mikrokanalen, der dannedes mellem PDMS-væggene og den porøse membran, var usædvanlig. vi havde succes efter trial and error modifikationer af den porøse membran og justeringer af indløbs/udløbsstrømningshastigheder."

Holdet testede enheden ved hjælp af væv fra musens suprachiasmatiske kerne, en kompleks del af hjernen, der styrer døgnrytmer. Musene selv var knock-in mus, hvor døgnrytmeaktiviteten i hjernen var forbundet med produktionen af ​​et stærkt fluorescerende protein. Ved at måle niveauet af bioluminescens, der kommer fra hjernevævet, de var i stand til at se, at væv holdt i live af deres system forblev aktivt og funktionelt i over 25 dage med pæn døgnaktivitet. I modsætning, neural aktivitet i væv holdt i en konventionel kultur faldt med 6% efter kun 10 timer.

Denne nye metode vil have flere fordele. På kort sigt, det vil være nyttigt til at observere biologisk udvikling og teste, hvordan væv reagerer på lægemidler. De langsigtede fordele er også klare. "Denne metode kan bruges til mere end eksplanteret væv fra dyr, " siger Ota. "Det vil også forbedre forskningen i organogenese gennem langsigtet dyrkning og observation, som er nødvendig for at dyrke væv og organer."

Ja, holdet planlægger i øjeblikket langsigtede eksperimenter med deres system til at observere dannelsen af ​​blodkar og cellernes bevægelser under organoiddannelse.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i tidsskriftet Analytiske Videnskaber .