Carbon nanorør åbner nye horisonter for neurovidenskab:styring af neural celleudvækst

Forskere fra Microelectronics Research Unit (MIC) ved University of Oulu, i samarbejde med Tampere University, har vist, at carbon nanorør kan bruges til at kontrollere retningen af ​​neural cellevækst.

Carbon nanorør er ekstremt små cylindre, der er stærkere end stål og har enestående ledende egenskaber. Ved at oprette kulstofnanorørsøjler med optimale dimensioner, forskerne kan styre i hvilke retninger neurale celler vokser, forbedre dannelsen af ​​et komplekst og orienteret neuralt cellenetværk.

Studiet, med titlen "Carbon nanorør mikropiller udløser guidet vækst af komplekse menneskelige neurale stamceller netværk, "udgives i Nano Research .

Neurovidenskabsfolk studerer nervesystemets struktur og funktion fra den cellulære og molekylære biologi til sygdomme i nervesystemet såsom Alzheimers og rygmarvsskader. Selvom der er gjort fremskridt i undersøgelser vedrørende neurale lidelser og nye behandlingsstrategier, der er flere udfordringer på dette område. For at forbedre udviklingen inden for neurovidenskab, nanoteknologi har spillet en vigtig rolle.

Carbon nanorør er blevet undersøgt i over 25 år med betydelige bidrag til nanoteknologi. Langt de fleste elektroniske enheder, såsom computere og mobiltelefoner, indeholder carbon nanorør i deres komponenter. Den mest populære anvendelse af carbon nanorør er strukturel forstærkning, som det ses i cykelstel og tennisracketere, for eksempel.

"Mit forskningsfokus er blevet meget tværfagligt. Som fysiker ved baggrund, Jeg har anvendt materialevidenskabelige strategier til at studere biologiske systemer. Under mine første postdoktorstudier, Jeg arbejdede to år på det tidligere institut for anatomi og cellebiologi ved University of Oulu. Da jeg begyndte at arbejde med Prof. Krisztian Kordas, Jeg fik muligheden for at lære mere om carbon nanorør. Jeg blev fascineret af tanken om at udforske deres egenskaber til medicinske anvendelser, og begyndte at ansøge om midler inden for dette emne. Dette papir er et resultat af et af mine projekter ved navn InjectGuide, finansieret af Finlands Akademi, "siger docent Gabriela Lorite Yrjänä, førende forskning i dette projekt.

Evnen til at kontrollere, hvordan neurale celler vokser, åbner nye perspektiver inden for to vigtige aspekter af neurovidenskaben. Den første er at oprette nye typer af mikroelektronik -arrays til undersøgelse af elektrofysiologi i cellenetværk. De nuværende mikroelektronik-arrays, der bruges til at forstå, hvordan neurale celler kommunikerer, er bygget i 2-D, mens i menneskekroppen, de vokser i et meget mere komplekst 3D-miljø. Resultaterne af dette papir viser, at kulstof-nanorør-mikropiller kan bruges som skabeloner til at oprette 3-D mikroelektronik-arrays. Dette arbejde udføres i samarbejde med docent Susanna Narkilahti og postdoktor Laura Ylä-Outinen fra Tampere University, som har ekspertisen inden for elektrofysiologiske målinger og neurale celler.

En anden potentiel anvendelse af disse fund er relateret til nye strategier til behandling af rygmarvs- eller perifere nerver. Udfordringen ved denne type skader er at dyrke neurale celler i en meget specifik retning.

"Vores resultater viser, at ved at arrangere kulstof -nanorørets mikropiller på en bestemt afstand, den neurale celleudvækst kan dirigeres i enhver ønsket geometri. Ulempen ved denne undersøgelse til klinisk anvendelse er, at carbon nanorørene er fastgjort til en stiv overflade. Næste, vi sigter mod at overføre denne viden til komplekse 3D-strukturer. Dette arbejde udføres sammen med professor Minna Kellomäki fra Tampere University, der har ekspertisen inden for hydrogeler til vævsteknik. Samarbejdet inden for tværfaglig forskning er ekstremt vigtigt for at gøre relevante fremskridt inden for anvendt videnskab, "siger docent Gabriela Lorite Yrjänä.

Ud over området neurovidenskab, docent Gabriela Lorite Yrjänä og hendes team søger også at bruge carbon nanorør for at muliggøre reparation af brusk.