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研究人员开发了新的即插即用方法来组装复杂的

2019-05-09 12:24:20 新品研究149℃

  研究人员开发了新的即插即用方法来组装复杂的细胞微环境

  2013年3月12日

  哥伦比亚工程公司的研究人员开发了一种新的“即插即用”功能。组装复杂细胞微环境的方法,这是一种可扩展的,高度精确的方法来制造具有任何空间组织或感兴趣的组织 - 例如在心脏或骨骼或脉管系统中发现的组织。该研究揭示了更好地模拟组织发育,再生和疾病的巨大复杂性的新方法,并发表在3月4日早期在线版的美国国家科学院院刊(PNAS)上。

  “刚刚获得博士学位的实验室博士/博士生George Engine设计了一种锁定和关键技术,使用各种形状构建细胞组件,锁定模板的方式与使用LEGO构建模块的方式非常相似," Gordana Vunjak-Novakovic是该项研究的负责人,他是哥伦比亚工程学院的Mikati基金会生物医学工程教授和医学科学教授。 “这种技术真正重要的是这些形状很小 - 只有一小部分毫米,人类头发的厚度 - 并且它们的精确排列是使用细胞友好的水凝胶制成的。”

  人体中的组织细胞形成对每种组织的功能至关重要的特定结构。例如,心脏细胞被对齐以产生在一个方向上起作用的最大力。没有特定空间组织的细胞如果不能概括其在体内发现的内在组织,则可能永远不会完全发挥作用。哥伦比亚工程技术使研究人员能够构建独特的受控细胞模式,从而可以对细胞功能进行精确研究,因此,Vunjak-Novakovic补充道,“我们现在可以询问一些关于细胞如何响应整个背景的更复杂问题他们的环境。这将有助于我们探索疾病进展期间的细胞行为并测试药物,干细胞和各种其他治疗措施的效果。

  作为PNAS论文的第一作者,Eng使用计算机芯片制造技术制造包含活细胞和生物活性分子的微米大小的亚单位,具体的构建块几何形状,如圆柱或立方体。准备每种形状以具有其自身独特的生物学特性,然后将其放置在水凝胶模板上的几何匹配孔中。组装技术很简单:将各种形状的混合物移液到具有匹配孔的特定布置的模板上,并放置在实验室振荡器上几分钟。

  每个形状只能对接到其匹配的井中 - 矩形块仅以锁定和键的方式停靠在完全相同的矩形井中,圆柱形块到达圆柱形井中,等等。在多达十个短暂的摇动循环之后,模板充满形状以形成精确限定的图案。因此,该对接技术允许快速组装大量亚单元以产生新组织。

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  “我们使用类似LEGO的锁定和锁定对接系统以高特异性和高精度在空间上定位不同的细胞群”。 Eng解释道。并且,由于每个形状彼此独立地对接,因此可以同时组织大的组织,而不是必须创建顺序的,逐砖的组织类型。通过这种方法,我们可以设计和创造更好的组织,用于潜在的器官替换。

  “这种方法的优点在于活细胞材料的复杂配置—许多不同类型的细胞,分子和细胞外物质 - 在实验室中以任何人都可以使用的方式出现在精确的三维几何形状中,因为不涉及任何特殊设备。 Vunjak-Novakovic补充道。

  Eng很高兴利用用于制造具有生物医学工程技术的计算机芯片的微技术来制造细胞以制造新器官。

   “我们开发新的想法和方法,通过将细胞的微小亚基组装成更大,更多功能的器官来尝试和减轻疾病,”他说。 “它真的像科幻小说中的场景!要站在科学发现的前沿,开发我们希望对人们有益的新方法和产品是非常充实和激励的。在设计新的细胞微环境时,有一个令人兴奋的发现元素,研究定义细胞通信和组织的规则。“

  应用这种新技术的后续步骤包括制造不同类型的功能组织,例如组织良好的心肌,其功能严重依赖于其结构和细胞排列的组织,将血管网络与有组织的心脏细胞结合。该方法还将扩展到感兴趣的病理微环境的设计,例如肿瘤模型。

  “我们的实验室多年来一直致力于构建人类芯片系统,这将使我们能够看到代表全身生理学的细胞反应,” Vunjak-Novakovic说。 “我们也非常有兴趣开发可以促进生物实验的技术,并让我们提出更复杂的问题。这项研究在过去四年中进行,为这两个领域做出了贡献,并帮助我们推进了筛选治疗细胞和因子的方法。“

  来源:哥伦比亚工程

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