Evaluating Neurite Growth in Bioprinted Skeletal Muscle Constructs with a Microsphere Delivery System
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 1:24 min • August 7th, 2025
Take bioprinted skeletal muscle constructs.
These constructs contain fibrin hydrogel pillars with embedded muscle fibers and microspheres.
The microsphere is a porous polymer structure enclosing neurotrophic factors.
Take dorsal root ganglia isolated from chick embryos.
Place one ganglion on each construct and incubate.
The neurotrophic factors are released from the microspheres at a controlled physiological concentration, facilitating the sprouting of projections from the neurons called neurites.
Add a fixative to fix the constructs.
Wash with a buffer and add a blocking solution to prevent nonspecific antibody binding.
Incubate with the primary antibodies, which bind specifically to the neurite.
Rinse with buffer to remove unbound antibodies.
Add fluorescently tagged secondary antibodies that bind to the primary antibodies.
Wash with buffer to remove excess antibodies.
Mount the construct using mounting media containing a nuclear dye and a coverslip.
Under a confocal microscope, visualize the neurite growth.
Overzicht
Deze studie onderzoekt het gebruik van biogeprinte skeletspierconstructen om de groei van neurieten vanuit geïsoleerde dorsale wortelganglia te faciliteren. Door neurotrofe factoren in microsferen binnen de constructen in te bedden, beoogt het onderzoek een gecontroleerde omgeving voor neuronale ontwikkeling te creëren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Bioprinten
- Neuronale Ontwikkeling
Achtergrond
- Biogeprinte constructen kunnen natuurlijke weefselomgevingen nabootsen.
- Neurotrofe factoren zijn essentieel voor de groei en overleving van neuronen.
- Dorsale wortelganglia zijn een bron van sensorische neuronen.
- Gecontroleerde afgifte van factoren kan de experimentele resultaten verbeteren.
Doel van de studie
- Om de effecten van neurotrofe factoren op neurietgroei te onderzoeken.
- Om biogeprinte constructen te gebruiken als platform voor neuronale studies.
- Om het begrip van neuronale interacties met engineered weefsels te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van gebioprinte skeletspierconstructen met fibrine-hydrogelzuilen.
- Inbedding van microsferen die neurotrofe factoren bevatten.
- Isolatie en plaatsing van dorsale wortelganglia op de constructen.
- Immunokleuring en confocale microscopie voor de visualisatie van neurietgroei.
Belangrijkste resultaten
- Neurotrofe factoren faciliteerden het uitspruiten van neurieten uit neuronen.
- Confocale microscopie bevestigde de succesvolle visualisatie van neurietgroei.
- De constructen boden een ondersteunende omgeving voor neuronale ontwikkeling.
- De gecontroleerde afgifte van factoren was effectief in het bevorderen van de neuronale activiteit.
Conclusies
- Biogeprinte skeletspierconstructen kunnen de neuronale groei bevorderen.
- Het inbedden van neurotrofe factoren in constructen is een levensvatbare strategie.
- Deze benadering kan leiden tot vooruitgang in de regeneratieve geneeskunde.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Dit werk introduceert een platform van biogeprint skeletspierweefsel voor het evalueren van neurietuitgroei, waarmee een cruciale uitdaging wordt aangepakt bij het modelleren van neuromusculaire interacties voor targetvalidatie in programma's voor neurodegeneratieve en neuromusculaire ziekten. Door de gecontroleerde afgifte van neurotrofe factoren binnen een reproduceerbare 3D-weefselomgeving mogelijk te maken, ondersteunt deze methode het mechanistische de-risking van therapeutische hypothesen met betrekking tot neuronale overleving en axonale geleidingspaden. De assay biedt kwantitatieve, op beeldvorming gebaseerde read-outs die kunnen bijdragen aan vroege go/no-go beslissingen in discovery-pipelines die gericht zijn op axonregeneratie of neuroprotectieve kandidaten.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek naar signaleringspaden van neurotrofe factoren mogelijk in een fysiologisch relevante context van skeletspieren.
- Operationele waarde: Ondersteunt functionele targetvalidatie door moleculaire targets te koppelen aan meetbare fenotypes van neurietuitlopers.
- Voorspellende waarde: Genereert dosis-responsdaggevens over neurietgroei waarmee targets met sterkere mechanistische verbanden met axonale uitgroei kunnen worden geprioriteerd.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaar voor analyse: Produceert gestandaardiseerde, reproduceerbare constructen die geschikt zijn voor high-content imaging van neurietdynamiek.
- Kwantitatieve output: Maakt morfometrische analyse van neurietlengte, vertakking en groeikegelvorming mogelijk als afhankelijke variabelen.
- Schaalbaarheid: Bioprinting maakt parallelle fabricage van meerdere constructen mogelijk voor screeningscampagnes van verbindingen of factoren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziekten: Modelleert interacties tussen perifere sensorische neuronen en spieren, toepasbaar op neuropathieën en aandoeningen van de neuromusculaire overgang.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen target-hits in de ontdekkingsfase en preklinische validatie in mens-relevante weefselsystemen.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: Levert functionele fenotypische data om targets te de-risken voordat er wordt geïnvesteerd in in vivo modellen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode past binnen het ontdekkingscontinuüm, van het testen van doelhypotheses tot de identificatie van leadverbindingen, en biedt een fenotypische brug tussen biochemische assays en complexe fenotypes op weefselniveau.
- Discovery Biology: Test of of het moduleren van specifieke neurotrofe receptoren of downstream-effectoren de neurietuitgroei in een uit spieren afgeleide micro-omgeving beïnvloedt.
- Screening: Levert gestandaardiseerde, kwantificeerbare neurietmetrieken voor het evalueren van bibliotheken van agonisten, antagonisten of genmodulatoren.
- Analytics: Genereert op beeldvorming gebaseerde eindpunten (bijv. totale neurietlengte per ganglion) die statistische vergelijkingen tussen condities ondersteunen.
- Translationeel onderzoek: Sluit aan bij preklinische inspanningen om targets te valideren in menselijke iPSC-afgeleide neuronale-spier co-culturen of diermodellen van axonale degeneratie.
- Enterprise hergebruik: Het kernplatform voor bioprinten en inkapseling van microsferen kan worden aangepast aan andere neuron-doelweefselparen (bijv. motorneuronen en skeletspieren).
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanistische ambiguïteit door de toediening van neurotrofe factoren te koppelen aan functionele axonale fenotypes in een weefselachtige omgeving.
- Operationele waarde: Standardiseert de beoordeling van neurieten via een gedefinieerde constructgeometrie, kinetiek van factorvrijgave en immunokleuringprotocollen.
- Strategische waarde: Verhoogt het vertrouwen in de selectie van targets door functionele validatie te bieden die verder gaat dan bindings- of fosforyleringsassays.
- Impact op portfolio: Maakt vroegtijdige identificatie van verbindingen met axonogene potentie mogelijk, waardoor het uitvalpercentage in latere fasen van neuro-regeneratieve programma's wordt verlaagd.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in bioprinten, isolatie van primaire neuronen en immunofluorescentietechnieken.
- Afhankelijk van toegang tot confocale microscopie en software voor beeldanalyse voor de kwantificering van neurieten.
- Vereist standaardisatie van de belading van microsferen en de consistentie van de fibrine-hydrogel tussen batches.
- Kan optimalisatie vereisen bij uitbreiding naar neuronen van menselijke oorsprong of genotypen van ziektemodellen.
- Beperkt tot endpoint-assays; real-time neurietdynamiek zou aanpassingen voor live-cell imaging vereisen.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Met behulp van een volledige immunohistochemische methode om de innervatie van de galwegen in te studeren
Gerelateerde video's
0 Bekeken
3D Modellering van Dendritische stekels met synaptische plasticiteit
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Voorbereiding en karakterisering van op grafeen gebaseerde 3D biohybride hydrogel bioink voor perifere neuro-engineering
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Assessing a Functional Neuromuscular Junction Via Simultaneous Optical Stimulation and Video Recording
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Elektrospinproces Growth Factor Releasing microsferen in Stapel- Steigers
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Microfluidic Bioprinting voor Engineering gevacuoliseerd weefsels en Organoids
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Beoordeling van functionele statistieken van de gezondheid van skeletspieren in microtissues van menselijke skeletspieren
Gerelateerde video's
0 Bekeken
3D Bioprinting van Murine Cortiical Astrocytes voor Engineering Neural-Like Tissue
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Engineering en karakterisering van een optogenetisch model van de menselijke neuromusculaire junctie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Microgel-extracellulaire matrixcomposietondersteuning voor het ingebed 3D-printen van menselijke neurale constructies
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026