Чтобы в полной мере изучить работу клеток мозга и проверить эффективность медикаментов на отдельных клетках, традиционной чашки Петри и плоских электродов недостаточно. Для реалистичных исследований необходимо дать клеткам мозга разрастись в трёх измерениях. Барт Шуринк (Bart Schurink), исследователь из Университета Твенте, разработал сетку с 900 отверстиями в форме перевёрнутых пирамид. На вершине сетки находится микрореактор, обеспечивающий рост клеток.
Тот же принцип лежит в основе одного из наиболее выдающихся «мозгов на чипе», который представляет собой нечто большее, чем просто ряд размещённых на плоскости электродов, на которых могут расти клетки мозга. Чтобы реалистично сымитировать мозг, необходимо обеспечить возможность протекания жидкостей внутри структуры. Помимо этого, клеткам необходимо свободное пространство, даже когда они находятся на заранее определённых местах. И для этого Шуринк создал структуру с сотнями отверстий размером 2х2 мм.
Каждое из этих отверстий имеет форму перевёрнутой пирамиды. Каждая пирамида снабжена электродом, измеряющим электрические сигналы или импульсы, проходящие через сеть. Помимо этого, через отверстия может беспрепятственно протекать жидкость, необходимая для взятия смывов клеток и снабжения их питательными веществами и медикаментами.
Нейроны после размещения внутри пирамидок начинают формировать сеть, разрастаясь как на плоскости, так и вертикально. Рост и электрическая активность в последствии будут отслеживаться: каждую клетку можно идентифицировать по пирамидке, в которой она находится. Производство этой системы зависит как от технологических возможностей нанолаборатории университета, так и от изобретательности разработчиков. Так, например, довольно трудно найти подходящий способ сделать все отверстия одного размера.
Изображение предоставлено Bart Schurink
Разработка Шуринка (µSEA, micro sieve electrode array) тестировалась на живых клетках лабораторных крыс. Проверялось как позиционирование клеток, так и рост нейросети. Результат работы Шуринка — совершенно новая платформа для исследований мозга, его заболеваний и воздействия медикаментов.
Microfabrication and microfluidics for 3D brain-on-chip. По материалам из пресс-релиза Университета Твенте.