Nanostrukturer med levende celler

Ved hjælp af laserteknologi, Aleksandr Ovsianikov fra Vienna University of Technology ønsker at skabe mikrostrukturer med indlejrede levende celler.

Cellernes adfærd afhænger stærkt af deres miljø. Hvis de skal undersøges og manipuleres, det er afgørende at integrere dem i passende omgivelser. Aleksandr Ovsianikov udvikler et lasersystem, som gør det muligt at inkorporere levende celler i indviklede taylorfremstillede strukturer, ligner biologisk væv, hvor celler er omgivet af den ekstracellulære matrix. Denne teknologi er særlig vigtig for kunstigt voksende biotissue, til at finde nye lægemidler eller til stamcelleforskning. Ovsianikov har nu fået tildelt ERC -starttilskuddet fra European Research Council (ERC) på cirka 1,5 millioner euro.

Højteknologiske strukturer til biomedicinsk forskning

"Det er let at dyrke celler på en flad overflade, men sådanne cellekulturer opfører sig ofte anderledes end cellerne i et ægte tredimensionelt væv ", siger Aleksandr Ovsianikov. I to dimensioner, konventionelle petriskåle bruges, intet standardsystem har endnu været tilgængeligt for tredimensionelle cellekulturer. Sådan en 3D-matrix skal være porøs, så cellerne kan forsynes med alle de nødvendige næringsstoffer. Desuden, det er vigtigt, at geometrien, kemiske og mekaniske parametre for denne matrix kan præcist justeres for at studere og fremkalde nødvendige celleresponser. Også, det er vigtigt, at strukturen kan produceres hurtigt og i store mængder, da biologiske forsøg normalt skal udføres i mange cellekulturer på samme tid for at give pålidelige data.

Disse krav opfyldes meget godt af forskningsgruppen "Additive Manufacturing Technologies" ved Wien Universitet for Teknologi. Det tværfaglige forskerteam har udviklet specielle teknologier til at skabe tredimensionelle strukturer med præcision på en sub-mikrometer skala. "Vi ønsker at udvikle en universel metode, som kan tjene som standard for tredimensionelle cellekulturer, og som kan tilpasses forskellige slags væv og forskellige slags celler ", siger Aleksandr Ovsianikov.

Laser gør væske til skræddersyet stillads

I starten cellerne suspenderes i en væske, som hovedsageligt består af vand. Cellevenlige molekyler tilføjes, som reagerer med lys på en helt særlig måde:En fokuseret laserstråle bryder dobbeltbindinger helt nøjagtigt de rigtige steder. En kemisk kædereaktion får derefter molekylerne til at binde sig og skabe en polymer.

Denne reaktion udløses kun, når to laserfotoner absorberes samtidigt. Kun inden for laserstrålens fokuspunkt er densiteten af ​​fotoner høj nok til det. Materiale uden for fokuspunktet påvirkes ikke af laseren. "Sådan kan vi definere med enestående nøjagtighed, på hvilke punkter molekylerne formodes at binde og skabe et fast stillads ", forklarer Ovsianikov.

Styring af laserstrålens fokus gennem væsken, der skabes en solid struktur, hvor levende celler er inkorporeret. De overskydende molekyler, der ikke er polymeriseret, vaskes simpelthen væk bagefter. Denne måde, en hydrogelstruktur kan bygges, ligner den ekstracellulære matrix, der omgiver vores egne celler i levende væv. Ideer fra naturen efterlignes i laboratoriet og bruges til teknologiske applikationer. Denne tilgang, kaldet 'bio-mimetik' spiller en stadig vigtigere rolle, især inden for materialevidenskab. Aleksandr Ovsianikov er overbevist om, at der i mange tilfælde denne teknologi vil gøre dyreforsøg unødvendige og give meget hurtigere og mere betydningsfulde resultater.

Gør stamceller til væv

Stamcelleforskning er et særligt interessant anvendelsesområde for den nye teknologi. "Det vides, at stamceller kan blive til forskellige slags væv, afhængigt af deres miljø ", siger Aleksandr Ovsianikov. "Oven på en hård overflade, de har tendens til at udvikle sig til knogleceller, på et blødt substrat kan de blive til neuroner. "I den lasergenererede 3D-struktur kan substratets stivhed afstemmes, så forskellige typer væv kan dannes.