מדענים הנדסו פלטפורמת ננו-חוט המחקה רקמת מוח כדי לחקור אסטרוציטים, התאים בצורת כוכבים קריטיים לבריאות המוח, לראשונה במצבם הטבעי.
אסטרוציטים הם התאים הנפוצים והמסתוריים ביותר במוח, האחראים על ויסות התקשורת בין נוירונים ועוזרים בשמירה על מחסום הדם-מוח. הם גם משנים צורה דינמיים ביותר, משהו שהם לא עושים בצלחות פטרי טיפוסיות, מה שמותיר פערים גדולים בהבנתנו כיצד הם פועלים.
באופן מתסכל מעט ידוע על המגוון המדהים של מורפולוגיה של אסטרוציטים ואנחנו גם לא יודעים הרבה על המנגנון המולקולרי שמאחורי שינויי הצורה הללו. הם לא ילבשו את הצורות האלה על זכוכית, אז השאלה עבורנו הייתה איך אנחנו משכפלים את in vivo צורה אבל בַּמַבחֵנָה?"
אישן ברמן, מחבר בכיר שותף, מהנדס ביו של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס
על ידי מתן אפשרות לחקר אסטרוציטים בפירוט חסר תקדים, העבודה, בהובלת ג'ונס הופקינס ומועצת המחקר הלאומית של איטליה, תעזור לנו להבין טוב יותר את תפקוד המוח ותפקוד לקוי, כולל מה משתבש בהפרעות ניווניות.
העבודה במימון פדרלי פורסמה לאחרונה ב מדע מתקדם.
אסטרוציטים מחזקים את בריאות המוח. הם בעצם יוצרים את הפיגום של המוח. ואסטרוציטים פגומים קשורים למחלות רבות כולל אלצהיימר ופרקינסון.
מדענים חושדים שצורת הכוכב החתימה של אסטרוציטים קשורה לפונקציות המפתח השונות שלהם. אבל הצורות האלה קורסות ברגע שמדענים מנסים לחקור אותן על מגשי זכוכית טיפוסיים תחת מיקרוסקופים.
"כדי להבין באמת אסטרוציטים אנחנו צריכים לשכפל את הסביבה שלהם", אמר ברמן. "הצורה אינה אקראית. ואם לא נצליח לשחזר אותה נאמנה לא נוכל להבין את הפונקציה".
כדי לאפשר לחקור אסטרוציטים בצורתם האמיתית, הצוות הנדס שתי פריצות דרך.
תחילה הם יצרו מחצלות ננו-תיל מזכוכית המחקות את המרקם של רקמת המוח בעודם נשארים שקופים אופטית. כשהם מונחים על מבנה ננו-תיל זה, האסטרוציטים לא רק שומרים על צורתם החותמת, הם גדלים ומשגשגים.
"כאשר גדלים על מחצלות ננו-תיל, אסטרוציטים חוזרים למורפולוגיה דמוית הכוכב שלהם, מסתעפים ומתבגרים כפי שהם עושים in vivo במוח", אמרה סופרת בכירה, אנאליסה קוורטינו, ממועצת המחקר הלאומית של איטליה.
על ידי שילוב של ננו-חוטים אלה עם צורה חדשה של הדמיה המספקת תצוגות תלת-ממד ברזולוציה גבוהה ללא תגיות פלורסנט או צביעה פולשנית, הצוות הצליח ללכוד כיצד אסטרוציטים גדלים, מסתעפים ומשנים צורות.
"היכולת לשלב תרבות ננו-תיל עם הדמיה ברזולוציה גבוהה וללא תוויות הייתה קריטית", אמרה מחברת הראשונה, אנושקה גופטה, סטודנטית לתואר שני במעבדה של ברמן. "סוף סוף זה מאפשר כימות מדויק של מורפולוגיה של אסטרוציטים."
הצוות מצפה שהטכניקה, שיכולה לשמש גם לחקר תאים אחרים, תקדם טכנולוגיות "מוח על שבב", כולל אורגנואידים ופלטפורמות נוירו-הנדסיות אחרות מהדור הבא.
"זוהי קפיצה גדולה מעבר למודלים של תרבות שטוחה וסוללת את הדרך לדור חדש של מודלים של 'מוח על שבב'", אמר ברמן. "אנחנו מאמינים שזה יכול לבשר על תחילתה של דרך חדשה לחקור מחלות נוירו-גנרטיביות, השפעות תרופות ופציעות מוחיות".
המחברים כוללים את פוג'ה אננת'ה, אנושקה גופטה, ג'ו הו קים, פיוש ראג', סוואטי טנוואר, ג'סיקה צ'ן, לואו גו, כולם של ג'ונס הופקינס; עמנואלה סרצ'ינו ואיבנו לוקריני ממועצת המחקר הלאומית של איטליה; וג'יי אגרוואל מ-VA Hudson Valley Health Care.
