Organs-on-a-Chip：模擬大腦用于理解帕金森癥

來(lái)源：作者：人氣：-發(fā)表時(shí)間：2020-11-12 15:09:00【大中小】

根據(jù)最近發(fā)表在《Organs-on-a-Chip》雜志上的一項(xiàng)研究，模仿受帕金森氏病影響的腦細(xì)胞的設(shè)備可以幫助尋找新的治療方法。主要作者Jens Schwamborn說(shuō)：“我們創(chuàng)造了一種人類神經(jīng)元，該神經(jīng)元處于與人類大腦相似的環(huán)境中。這可以幫助我們更深入地了解帕金森氏病的發(fā)生情況，并開(kāi)發(fā)出更有效的治療方法。”

全球生物醫(yī)學(xué)研究人員正在開(kāi)發(fā)這些軟件，以模擬器官和器官系統(tǒng)的活動(dòng)和運(yùn)作。希望通過(guò)在這些設(shè)備上測(cè)試藥物和療法，希望可以減少動(dòng)物測(cè)試，加速藥物開(kāi)發(fā)和開(kāi)發(fā)個(gè)性化藥物。而Schwamborn團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的設(shè)備就是一個(gè)典型的例子。

芯片上的器官裝置通常由透明的聚合物或玻璃制成，并帶有包含活細(xì)胞的小通道。流體流經(jīng)通道以模仿器官的環(huán)境。該團(tuán)隊(duì)采用了現(xiàn)有技術(shù)，以創(chuàng)建三維（3-D）人工神經(jīng)元，其中流體連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)流動(dòng)。 Schwamborn指出：“芯片設(shè)備的細(xì)胞培養(yǎng)通常是在2D模式下進(jìn)行的。為了更接近大腦的實(shí)際情況，神經(jīng)元必須處于3D環(huán)境中。”

連續(xù)流的引入被認(rèn)為可以在通道中生長(zhǎng)更多真實(shí)的神經(jīng)元細(xì)胞，同時(shí)還創(chuàng)造出一種更類似于大腦真實(shí)神經(jīng)元的環(huán)境。這些修改使該設(shè)備與允許進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)兼容。這樣可以并行進(jìn)行多個(gè)實(shí)驗(yàn)，從而節(jié)省了時(shí)間和金錢，并加速了生物醫(yī)學(xué)研究。

帕金森氏病影響全球超過(guò)1000萬(wàn)人?；加羞@種疾病的人會(huì)遭受中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損害。許多神經(jīng)元死亡，包括那些釋放多巴胺的神經(jīng)元。這些多巴胺能神經(jīng)元的死亡是帕金森氏病患者表現(xiàn)出疾病特征和令人衰弱的身體癥狀的主要原因。

為了研究帕金森氏病的真實(shí)情況，需要重建多巴胺能神經(jīng)元。干細(xì)胞技術(shù)的普及使得可以通過(guò)誘導(dǎo)干細(xì)胞分化為許多不同類型的細(xì)胞。通過(guò)這種方法，作者開(kāi)發(fā)了一種重建受帕金森氏癥影響的多巴胺能神經(jīng)元的方法。 Schwamborn和他的團(tuán)隊(duì)依靠此方法來(lái)培養(yǎng)按神經(jīng)元通道排列的多巴胺能神經(jīng)元。

Schwamborn的團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了一種稱為OrganoPlate的可商業(yè)化和自動(dòng)化的芯片器官產(chǎn)品。他們使用了一系列建模技術(shù)來(lái)優(yōu)化媒體通道的大小，以便它們可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)接收流體。與其他用于制造芯片設(shè)備的方法相比，該方法使神經(jīng)元細(xì)胞培養(yǎng)物能夠生長(zhǎng)，并且能夠更好地模擬人腦中的血流。

一旦制造完成，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用該設(shè)備成功培養(yǎng)人多巴胺能神經(jīng)元來(lái)證明該設(shè)備的生物相容性。由于它們以連續(xù)流動(dòng)的方式進(jìn)行培養(yǎng)，因此現(xiàn)在對(duì)條件進(jìn)行了優(yōu)化以模仿正常和患病的人腦的條件。希望該技術(shù)也可以應(yīng)用于優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)，以便可以培養(yǎng)其他類型的細(xì)胞。