Developing a Micro-Tissue-Engineered Neural Network Using a Hydrogel-Based Micro-column
JoVE Encyclopedia of Experiments
Neurowetenschap
0 weergaven • 2:53 min • August 7th, 2025
Begin with a dish containing a micro-column. The micro-column has a hydrogel outer shell and an extracellular matrix, or ECM core.
Add drops of culture medium to the same dish.
Transfer the neuronal cell aggregates into the dish, then place them into one of the medium droplets.
Observe under a stereomicroscope and insert cell aggregates at both ends of the micro-column.
Then, transfer the seeded micro-column into the medium for cellular viability.
Incubate to allow the cell attachment to the ECM.
Using the stereomicroscope, confirm cell attachment. Then, add culture medium to cover the dish and incubate.
The attached neurons begin to extend their axons through the ECM.
Regularly replace the half-medium with a fresh medium to maintain the nutrient levels.
Over time, the axons grow and span the entire length of the micro-column, forming neural networks.
The developed micro-tissue engineered neural network is ready to reconstruct the damaged neural circuitry.
Proceed to cell seeding immediately after incubation. Transfer approximately 10 to 20 microliters of culture medium to two free areas in the Petri dishes holding the micro columns. Use a micropipette to collect the neuronal aggregates individually, and transfer them to the Petri dish containing the constructs. Move the aggregates with forceps to one of the small pools of culture medium to preserve cell health.
While observing under a stereomicroscope, use forceps to insert an aggregate at one end of the micro columns for unidirectional micro-TENNs or at each end for bidirectional architecture. Then, move the seeded micro column to the other small pool of culture medium to avoid dehydration and to preserve aggregate health. When all micro columns have been loaded, incubate at 37 degrees Celsius and 5% carbon dioxide for 45 minutes to allow the aggregates to adhere to the ECM.
After incubation, verify that the aggregates remain at the ends of the micro columns, using the stereomicroscope. Lastly, carefully flood the Petri dishes containing the micro-TENNs with culture medium using a pipette. Place the dishes in an incubator at 37 degrees Celsius and 5% carbon dioxide for long-term culture.
Overzicht
Dit artikel beschrijft een methode voor het creëren van micro-tissue engineered neurale netwerken (micro-TENN's) met behulp van neuronale celaggregaten. Het proces omvat het zaaien van neuronale aggregaten in microkolommen en het incuberen ervan om axonale groei en netwerkvorming te bevorderen.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Tissue Engineering
- Celkweek
Achtergrond
- Micro-TENNs zijn ontworpen om beschadigde neurale circuits te reconstrueren.
- De extracellulaire matrix (ECM) speelt een cruciale rol bij het ondersteunen van neuronale groei.
- Celaggregaten zijn essentieel voor de vorming van functionele neurale netwerken.
- Het behoud van de cellevensvatbaarheid is van kritiek belang tijdens het zaaiproces.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een betrouwbare methode voor het creëren van micro-TENNs.
- Het onderzoeken van de groei en connectiviteit van neuronen in een gecontroleerde omgeving.
- Het bieden van inzichten in neurale weefseltechnologie voor potentiële therapeutische toepassingen.
Gebruikte Methoden
- Voorbereiding van microkolommen met hydrogel en ECM.
- Inzaaien van neuronale celaggregaten in de microkolommen.
- Incubatie onder specifieke condities om celaanhechting en groei te bevorderen.
- Regelmatige vervanging van het medium om de nutriëntenspiegels op peil te houden.
Belangrijkste resultaten
- Neuronen hebben succesvol axonen door de ECM uitgestrekt.
- Micro-TENNs vormden in de loop van de tijd functionele neurale netwerken.
- Celaggregaten hechtten goed aan de microkolommen na incubatie.
- De methode toonde potentieel voor het reconstrueren van neurale circuits.
Conclusies
- De ontwikkelde methode is effectief voor het creëren van micro-TENN's.
- Micro-TENN's kunnen dienen als model voor het bestuderen van neurale connectiviteit.
- Deze benadering kan therapeutische strategieën voor neurale letsels verder bevorderen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Op hydrogels gebaseerde micro-tissue-engineered neurale netwerken (micro-TENNs) maken de constructie mogelijk van anatomisch geïnspireerde, driedimensionale neurale modellen voor neurowetenschappelijk onderzoek in de ontdekkingsfase en neurotherapeutische R&D. Dit platform ondersteunt de voorspellende betrouwbaarheid bij de reconstructie van neurale paden en biedt een schaalbaar systeem voor het onderzoeken van neuronale connectiviteit en levensvatbaarheid. De integratie van micro-TENNs in vroege ontdekkingsworkflows bevordert de mechanistische risicoreductie en translationele modellering voor portfolio's gericht op neuroregeneratie.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Faciliteert hypothese-gestuurd onderzoek naar neuronale groei en connectiviteit in een gecontroleerde 3D-omgeving.
- Maakt functionele validatie van neuroregeneratieve targets mogelijk door axonale extensie en netwerkvorming te ondersteunen.
- Ondersteunt het voorspellende vertrouwen in de reconstructie van pathways die relevant zijn voor herstelstrategieën van het CZS.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Biedt een reproduceerbare micro-omgeving voor gestandaardiseerde neuronale zaaiing en beoordeling van de levensvatbaarheid.
- Maakt kwantitatieve meting van axonale uitgroei en netwerkvorming mogelijk voor de evaluatie van verbindingen.
- Ondersteunt de schaalbaarheid van de assay en het hergebruik van het platform voor het screenen van neuroactieve stoffen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Biedt een ziekte-relevant systeem voor het modelleren van de reconstructie van neurale circuits en de respons op letsel.
- Sluit aan bij de ontwikkeling van translationele biomarkers door longitudinale beoordeling van de integriteit van het neurale netwerk mogelijk te maken.
- Ondersteunt de risico-gecorrigeerde vooruitgang van neurotherapeutische kandidaten via preklinische validatie.
Pipeline- & workflowintegratie
De positie van Micro-TENNs binnen het continuüm van ontdekkingen, van vroege targetvalidatie tot preklinische modellering van neuraal herstel en regeneratie.
- Ontdekkingsbiologie: Maakt hypothesetesten mogelijk van neuronale adhesie, axonale groei en netwerkvorming in een 3D ECM-ondersteund systeem.
- Screening: Biedt kwantitatieve resultaten voor axonale extensie en netwerkconnectiviteit, wat de ontwikkeling van reproduceerbare assays ondersteunt.
- Analytiek: Faciliteert het meten van de neuronale levensvatbaarheid en de reikwijdte van projecties voor vergelijkende analyse tussen verschillende condities.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door neurale circuits te modelleren die relevant zijn voor letsel aan en herstel van het CZS.
- Herbruikbaarheid op bedrijfsniveau: Vestigt een herbruikbaar platform voor iteratieve neurobiologische studies en het screenen van verbindingen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen bij de reconstructie van neurale paden en targetvalidatie.
- Operationele waarde: Standaardiseert workflows voor neuronale seeding, het behoud van levensvatbaarheid en netwerkbeoordeling.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen voor neuroregeneratieve programma's door mechanische ambiguïteit te verminderen.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van neurotherapeutische kandidaten mogelijk op basis van functionele netwerkresultaten.
Overwegingen voor Implementatie
- Vereist expertise in neuronale celkweek en technieken voor micro-weefselengineering.
- Toegang tot stereomicroscopie en een gecontroleerde incubatie-infrastructuur is noodzakelijk.
- Standaardisatie tussen teams van protocollen voor uitzaaiing, incubatie en levensvatigheidsbeoordeling is vereist.
- Aanpassingen kunnen nodig zijn voor verschillende neuronale bronnen of ECM-composities.
- Beperkingen omvatten de noodzaak voor regelmatige vervanging van het medium en zorgvuldige hantering om de gezondheid van de aggregaten te behouden.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Ontwerp, oppervlaktebehandeling, Cellular Plating, en het kweken van Modulair neuronale netwerken Samengesteld uit Functioneel Inter-verbonden Circuits
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Drie-dimensionale weefsel ontworpen uitgelijnd Astrocyt netwerken vergemakkelijken zenuwstelsel regeneratie te recapituleren Developmental mechanismen
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Microgel-extracellulaire matrixcomposietondersteuning voor het ingebed 3D-printen van menselijke neurale constructies
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Een Multi-compartimenten CNS Neuron-glia Co-cultuur Microfluïdische Platform
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Fabricage van micropatterned Hydrogelen voor Neurale Cultuur Systems met behulp van Dynamic Mask Projectie Fotolithografie
Gerelateerde video's
0 Bekeken
An In Vitro Method to Generate Astrocyte Scaffolds within Hydrogel Micro-columns
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Engineered 3D Silk-collageen-gebaseerde model van de gepolariseerde zenuwweefsel
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Beeldgeleide, Laser-gebaseerde Fabrication of Vascular-afgeleide microfluïdische Networks
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Anatomisch Geïnspireerde Driedimensionale Microweefsel Geanimeerde Neurale Netwerken voor Nervous System Reconstructie, Modulatie en Modellering
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Verbeterd 3D Hydrogel culturen van primaire gliacellen voor In Vitro modellering van Neuroinflammation
Gerelateerde video's
0 Bekeken
Laatst bijgewerkt: 29 augustus 2026