مقابلة : المفاعلات الحيوية والتعديل ، وظهرت السقالات 3D - لبحوث الخلايا الجذعية

اسمي كارلان وأنا أعمل كعالم فيزياء حيوية في معهد الواجهات البيولوجية. في معهد Cal Screw للتكنولوجيا ، نقوم بتطوير المفاعلات الحيوية والسقالات ثلاثية الأبعاد المعدلة على السطح لزراعة الأنسجة الوظيفية ولأبحاث الخلايا الجذعية ، ونحن مهتمون بشكل أساسي بتفاعل الخلايا مع بيئتها الاصطناعية. طرحت افتتاحية Nature في عام 2003 السؤال بواسطة علم الأحياء المسطح ، والسؤال هو ، ما الذي ينطوي عليه هذا؟

في الماضي ، عانت العديد من أنظمة الاستزراع في المختبر ، وخاصة الثقافات أحادية الطبقة ، من العيوب التي ، على سبيل المثال ، كان للخلايا الأولية المتمايزة عمر قصير نسبيا ومتمايزة أثناء الاستزراع. هذا يعني أنهم فقدوا معظم وظائفهم الخاصة بأعضائهم بسرعة كبيرة. لذلك ، من أجل إعادة إنتاج ظروف أفضل لهذه الخلايا في المختبر ، تم إجراء العديد من التعديلات والتكيفات المختلفة في الثقافات أحادية الطبقة التقليدية.

وهذا يشمل تكوين وسط الاستزراع وإنشاء طلاء لأوعية الثقافة التي تشكل فيها الخلايا في الغالب طبقات أحادية. وتشير كل هذه الأساليب إلى أهمية تفاعلات مصفوفة الخلية وكذلك الاتصال بين الخلية. يبدو أن جانبا مهما آخر هو إنشاء سياقات خاصة بالخلايا ، والتي تتحقق على سبيل المثال ، من خلال مجمعات التوصيل الفجوة ، والتي تعد سمة مشتركة للعديد من الخلايا في الجسم الحي.

في الثقافات التقليدية أحادية الطبقة ، يتم فقدان اتصال الفجوة بسرعة لفترة طويلة. فمن الممكن إعادة تأسيس في المختبر إلى حد ما الأنسجة مثل ترتيب الخلايا باستخدام ما يسمى بتقنية الستيرويد.

مثال من مختبرنا هو أننا يمكن أن نظهر أنه حتى خلايا الكبد رو البالغة قادرة على تكوين المنشطات والبقاء قابلة للحياة لأسابيع على الأقل في هذه المجاميع. تظل خلايا الكبد على اتصال وثيق مع بعضها البعض مما يعزز الاتصال الخلوي مما يؤدي إلى استقرار وظائف خلايا الكبد الخاصة. لكننا وجدنا أيضا أن تقنية الثقافة التقليدية ثلاثية الأبعاد هذه لها العديد من العيوب.

الحجم الكلي أمر بالغ الأهمية. يمكن أن تسبب نخر لأقطار الركام الكبيرة ، وفي معظم الحالات ، تكون نسبة الحجم المتوسط إلى الخلية غير مناسبة. أيضا ، يمكن أن تكون قوى القص وثقافات الدوار مشكلة.

الأعضاء والأنسجة في الكائنات الحية من بين أمور أخرى ، بكثافة خلاوية عالية جدا ، كما أن النقل النشط الموجه للمواد عبر طبقات الأنسجة هذه هو خاصية مهمة. لذلك ، يجب أن تعيد نماذج الأنسجة العضوية الواقعية في المختبر بناء هذه الهندسة المعمارية الطبيعية عن كثب. والمحدد الأساسي للحد من هذه الأنظمة هو النسبة المناسبة للحجم المتوسط إلى الخلية.

لقد ذكرت من قبل أننا صممنا مبيت خلية مناسب على شكل سقالة بوليمرات دقيقة البنية بدقة ، والتي توفر حاوية متساوية الحجم للثقافة ثلاثية الأبعاد لمجاميع الخلايا. بالنسبة لسقالة البوليمرات ، يفضل استخدام PMMA أو PC polyether أو Eat أو Poly Ball. وهذا يتكون من جهاز أخمصي صغير الهيكل بمساحة سنتيمتر مربع واحد ، والذي يوفر مجموعة كثيفة من أكثر من 1000 من هذه الحاويات.

بالنسبة للثقافة ثلاثية الأبعاد لمجاميع الخلايا ، فقد ثبت أنها مناسبة لزراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد على مدى عدة أسابيع. وكل حاوية من هذه الحاويات المكعبة الصغيرة في المصفوفة لها طول حافة يبلغ حوالي 300 ميكرومتر. التصميم الخاص لهذه السقالة والمحيط ، وهذا يعني غرفة الحضانة.

يسمح وسيط ector وإمدادات الغاز بأوضاع مختلفة من الإمداد المتوسط. أول سوبر فيوجن. هذا يعني أن كلا جانبي الأنسجة يتم توفيرهما بشكل منفصل عن طريق الوسط الغذائي ، وثانيا ، التروية.

هذا يعني أن التدفق المتوسط يضطر إلى اختراق طبقة الأنسجة. يمكن استخدام وضع التروية لتهيئة الظروف التي تحاكي بشكل أفضل الأوعية الدموية في الجسم الحي ، ولكن حتى الوضع المختلط من التروية والصخ الفائق ممكن. تم تطوير أجيال مختلفة من السفن الخلوية.

يمكن استخدام كل جيل بتصميم معين لتلبية احتياجات أي تطبيق خاص. فعلى سبيل المثال، تم بناء تصاميم للمفاعلات الحيوية أحادية السفينة والمزدوجة بالإضافة إلى ترتيبات متعددة العيار قابلة للعنونة بشكل منفصل أو تباين متوازي للغاية. كإصدارات مطورة للجيل الأخير من هذه الأشكال المختلفة ، ما يسمى بالحاويات الدقيقة المشكلة بالحرارة ، تم تطوير تقنية معينة ، والتي توفر إمكانية إضافية لتعديل السطح بالكامل لهذه الحاويات المشكلة ثلاثية الأبعاد هنا ، حتى زخرفة السطح ومقياس تحت الميكرون مع جزيئات الإشارات ممكن.

أيضا ، يمكن دمج أجهزة الاستشعار وأقطاب الإشارة. تتراوح التطبيقات من البحث الأساسي وبيولوجيا الخلية إلى علم السموم وعلم الأدوية ، وكذلك الفحص عالي الإنتاجية قدر الإمكان. نقطة مهمة للغاية في النهاية هي حقيقة أن الجيل الأخير من رقائق الأشكال الحرارية الدقيقة الخاصة بنا قد تم تحسينه للسماح بعمليات الإنتاج الضخم الرخيص وبالتالي للتطبيق في المختبرات الأخرى.