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Le guide bioprinting acustiche della tecnologia introducono le cellule nervose nella struttura sferica della gabbia

Le piccole gabbie possono essere prodotte microscopicamente al TU Wien (Vienna). Le loro aperture di griglia sono soltanto alcuni micrometri nella dimensione, rendente loro l'ideale per le celle di tenuta e permettente che il tessuto vivente si sviluppi in una forma molto specifica. Questo nuovo campo di ricerca è chiamato “Biofabrication„.

In una collaborazione con la Stanford University, le cellule nervose ora sono state introdotte nelle strutture sferiche della gabbia facendo uso della tecnologia bioprinting acustica, di modo che il tessuto nervoso multicellulare può svilupparsi là. È anche possibile creare le connessioni di nervo fra le gabbie differenti. Per gestire le cellule nervose, le onde sonore sono state usate come pinzette acustiche.

Gabbie a forma di di calcio

Se presentate le celle viventi con una determinata struttura, potete influenzare forte il loro comportamento,„. “la stampa 3D permette alla produzione di alta precisione delle strutture dell'armatura, che possono poi essere colonizzate con le celle per studiare come il tessuto vivente si sviluppa e come reagisce.„

Aleksandr Ovsianikov, professore e testa, 3D-Printing e gruppo di ricerca di Biofabrication, istituto per scienza dei materiali e tecnologia dei materiali, TU Wien

Per coltivare tantissime cellule nervose in un piccolo spazio, il gruppo di ricerca ha deciso di usare le cosiddette forme geometriche “dei buckyballs„ - fatte dei pentagoni e degli esagoni che somigliano ad un calcio microscopico.

“Le aperture dei buckyballs sono abbastanza grandi permettere che le celle migrino nella gabbia, ma quando le celle si fondono, possono più non lasciare la gabbia,„ spiegano il Dott. Wolfgang Steiger, che ha lavorato a stampa di alta precisione 3D per le applicazioni di biofabrication come componente della sua dissertazione.

Le gabbie minuscole del buckyball erano fabbricate facendo uso di un trattamento conosciuto come polimerizzazione del due-fotone: un raggio laser messo a fuoco è utilizzato per iniziare un trattamento chimico ai punti specifici in un liquido, che induce il materiale a indurirsi precisamente a questi punti.

Dirigendo il punto focale del raggio laser attraverso il liquido ad un in un modo controllato ben, gli oggetti tridimensionali possono essere prodotti con estremamente alta precisione.

Onde acustiche come pinzette

Non solo creare i buckyballs, ma anche montare le celle in queste palle con le aperture di microscala è molto provocatori. Una tecnologia bioprinting acustica 3-D innovatrice sviluppata alla scuola di medicina di Stanford, con successo indirizzata questa sfida.

Prof. Utkan Demirci co-dirige il centro color giallo canarino a Stanford per rilevazione di Cancro iniziale ed il suo gruppo di ricerca, cioè, il Biosensing e il MEMS acustico nella medicina (laboratorio di BAMM) utilizza le onde acustiche nelle applicazioni biomediche dalla percezione dei biomarcatori del cancro a bioprinting i modelli 3-D del tessuto alla percezione.

“Generiamo le oscillazioni acustiche nella soluzione in cui le celle sono situate. Le celle seguono le onde sonore come i ratti seguono il pifferaio pezzato di Hamelin come nella legenda nel trattamento, vertici del modulo di oscillazione a determinati punti - simili ad una stringa di vibrazione„, dice prof. Demirci.

A questi punti nodali, il liquido è comparativamente statico. Se le celle sono situate a questi punti, rimangono là; dappertutto altrimenti si allontanano dall'onda acustica. Le celle quindi si muovono verso i punti in cui non sono girate intorno - e quella è dove i buckyballs sono stati collocati.

L'onda sonora può essere utilizzata così ad un in un modo controllato molto bene, quasi come le pinzette, dirigere le celle verso la posizione desiderata.

“Le onde acustiche ci hanno permesso di riempire molto più densamente ed efficientemente le strutture dell'impalcatura che sarebbe stato possibile con i metodi convenzionali di colonizzazione delle cellule,„ riferisce Tanchen Ren, PhD, dal gruppo di ricerca di prof. Demirci.

Una volta che i buckyballs fossero stati colonizzati con successo con le cellule nervose in questo modo, hanno formato le connessioni con i neuroni dei buckyballs vicini.

“Vediamo il potenziale enorme qui per usando la stampa 3D per creare e studiare le reti neurali in un modo mirato a,„ dice Aleksandr Ovsianikov. “In questo modo, le domande biologiche importanti possono essere studiate a quale non avrebbe altrimenti accesso sperimentale diretto.„

Source:
Journal reference:

Ren, T., et al. (2020) Enhancing cell packing in buckyballs by acoustofluidic activation. Biofabrication. doi.org/10.1088/1758-5090/ab76d9.