Belysning af stien for celler

ETH -forskere har udviklet en ny metode, hvor de bruger lys til at tegne mønstre af molekyler, der styrer levende celler. Fremgangsmåden giver mulighed for et nærmere kig på udviklingen af ​​flercellede organismer - og kan i fremtiden endda spille en rolle i nye terapier.

Meget komplekse organismer kan opstå fra en enkelt celle, som er et af naturens sande mirakler. Stoffer kendt som morfogener har en vigtig rolle i denne udvikling, nemlig ved at signalere til celler, hvor de skal hen, og hvad de skal gøre. Disse signalmolekyler styrer biologiske processer, såsom dannelse af kropsakser eller ledninger i hjernen. For at undersøge sådanne processer mere detaljeret, forskere skal være i stand til at placere signalmolekylerne blandt levende celler i et tredimensionelt rum. Dette blev muliggjort af en ny metode udviklet af Nicolas Broguiere og hans kolleger i forskningsgruppen under ledelse af Marcy Zenobi-Wong. Deres arbejde offentliggøres i dag i tidsskriftet Avancerede materialer .

Tegning med lys

"Vores tilgang gør det muligt at distribuere bioaktive molekyler i en hydrogel med en høj grad af præcision, "siger Zenobi-Wong, Professor i vævsteknik og biofabrikation i Institut for Sundhedsvidenskab og Teknologi ved ETH Zürich. Når levende celler er indkapslet i hydrogel, de kan registrere disse biokemiske signaler. Et sådant signal, nervevækstfaktor, bestemmer i hvilken retning nervefibre vokser. I en metode kaldet to-foton mønster, forskerne brugte en laser til at tegne et 3D-mønster af dette molekyle i hydrogel.

"Overalt hvor lyset er fokuseret i materialet, det udløser en kemisk reaktion, der forankrer nervevækstfaktoren til hydrogel, "Broguiere forklarer." Vi har omhyggeligt optimeret designet af den lysfølsomme hydrogel, så signalmolekylerne kun fastgøres i de områder, der er udsat for laseren - og ingen andre steder. "Deres nye tilgang kan skabe" malerier "af morfogener med detaljer tusind gange mindre end en millimeter-på størrelse med en enkelt nervefiber. Forskerne kunne derefter gennem et mikroskop observere, hvordan neuronerne følger det kortlagte mønster. "Med denne nye metode, vi kan nu guide neuroner effektivt i 3D, ved hjælp af deres eget biokemiske sprog, "Siger Broguiere.

Når nervefibre rives

Mange biologer har længe drømt om at instruere celler i at vokse i en bestemt retning. Den nye tilgang, der er udviklet af ETH -forskergruppen, bringer dem et skridt tættere på at opfylde denne drøm. Zenobi-Wong og Broguiere mener, at deres innovation også giver potentielle fordele for medicin-f.eks. hvis en nerve er afskåret under en ulykke, genforbindelsen sker tilfældigt, og fuld funktion genoprettes ikke. "Jeg vil ikke give indtryk af, at vi er klar til at begynde at behandle patienter med denne metode, "Zenobi-Wong siger, "men i fremtiden, en raffineret version af vores tilgang kunne hjælpe med at vise neuroner den rigtige vej direkte i kroppen, og derved forbedre genopretning fra neurale skader. "