Un bioreattore microfluidico stampato in 3D a basso costo e una camera di imaging per l’imaging organoide dal vivo permettono la coltivazione di una neocorteccia umana

GLI SCIENZIATI COLTIVANO LA NEOCORTECCIA UMANA UTILIZZANDO UN BIOREATTORE STAMPATO IN 3D ECONOMICO

Scienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e dell’Indian Institute of Technology Madras hanno sviluppato un nuovo bioreattore microfluidico stampato in 3D che è in grado di far crescere tessuto cerebrale umano auto-organizzato.

Utilizzando la stampa 3D SLA e una resina dentale quotidiana, i ricercatori sono stati in grado di creare dispositivi organ-on-a-chip per la coltura di cellule neurali dal vivo e un bioreattore per coltivarli in condizioni in vitro. Ad un costo di soli $ 5, il setup del team potrebbe servire come un’alternativa meno costosa ai piatti della cultura commerciale, quando si tratta di test antidroga e sviluppo di trattamenti per malattie come la demenza o l’autismo.

“I nostri costi di progettazione sono significativamente inferiori rispetto ai tradizionali prodotti di coltura di organoidi basati su piastre di Petri o spin-bioreattore”, ha spiegato l’autore dello studio Ikram Khan. “Inoltre, il chip può essere lavato con acqua distillata, asciugato e autoclavato ed è quindi riutilizzabile.”

Coltivando cellule staminali pluripotenti all’interno di un ambiente in vitro, è possibile farle crescere in organi miniaturizzati, o “organoidi”, come reni, cuori o addirittura cervelli. Tali organoidi possono essere utili strumenti di screening dei farmaci per i medici, ma devono essere coltivati ​​in condizioni incubate e il loro monitoraggio da vicino può interrompere il loro sviluppo.

Gli organoidi richiedono anche un flusso costante di nutrimento per sopravvivere, ma man mano che si ingrandiscono nel tempo, i loro nuclei tendono a diventare tagliati e malnutriti, danneggiando la loro vitalità cellulare. Al contrario, i dispositivi lab-on-a-chip consentono sempre più agli scienziati di coltivare volumi cellulari più piccoli, con un grado di libertà più elevato e a un prezzo più accessibile.

Sebbene questi sistemi microfluidici siano stati tradizionalmente creati tramite litografia soft, la tecnica multi-step rimane limitata quando si tratta di flessibilità di progettazione. Per combattere questo, i ricercatori americani-indiani hanno quindi adottato la stampa 3D per produrre un bioreattore che non solo semplifica la produzione, ma consente un controllo cellulare ravvicinato e non invasivo.

All’interno della loro configurazione sperimentale, gli scienziati hanno utilizzato una stampante 3D Form 2 e una resina biocompatibile per produrre chip microfluidici con “pozzetti di imaging” incorporati, che hanno permesso loro di coltivare gli organoidi a lungo termine. Una volta seminati con cellule neurali incorporate in matrigel, i dispositivi sono stati coperti con un disco di vetro trasparente e riscaldati in un bioreattore personalizzato, che ha permesso al team di monitorare da vicino i progressi dei loro organoidi.

Ogni pozzetto era dotato di una porta per termistore, il che significa che i farmaci potevano essere somministrati in vitro tramite cannula in un processo ermeticamente sigillato. Secondo Khan, la nuova configurazione del team ha consentito “la perfusione costante della camera di coltura che imita più da vicino un tessuto fisiologico”, mantenendo il nucleo dell’organoide nutrito e, in definitiva, riducendo la morte cellulare.

Durante i test, gli scienziati sono stati persino in grado di coltivare le loro cellule staminali in un ventricolo che assomigliava a una neocorteccia, il tessuto cerebrale responsabile delle funzioni cerebrali superiori. Sebbene il team abbia monitorato i progressi del loro organoide solo per 7 giorni, non hanno assistito a un calo della vitalità cellulare e credono che potrebbero essere coltivati ​​per lunghi periodi in futuro.

Per ora, i ricercatori stanno lavorando per rendere i loro chip più efficienti tramite l’aggiunta di valvole e pompe, ma a lungo termine vedono che i loro dispositivi vengono applicati all’interno di ambienti di test antidroga industriali, fornendo agli utenti un mezzo economico per modellare l’interazione tra gli agenti patogeni e il cervello umano.

I risultati dei ricercatori sono dettagliati nel loro documento intitolato ” Un bioreattore microfluidico stampato in 3D a basso costo e una camera di imaging per l’imaging organoide dal vivo “. La ricerca è stata scritta in collaborazione con Ikram Khan, Anil Prabhakar, Chloe Delepine, Hayley Tsang, Vincent Pham e Mriganka Sur.

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