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Microtubi creano spazio accogliente per far crescere neuroni, e in fretta
Immagine al microscopio di un neurone che cresce attraverso un microtubo. Il tubo è soffice e flessibile, avvolge l'assone e fornisce una struttura accogliente in 3-D. (Foto: Xiuling Li)
Piccoli e sottili microtubi potrebbero costituire il substrato per la crescita di culture di neuroni, così che i ricercatori possano studiare le reti neurali, la loro crescita e riparazione, fornendo informazioni per il trattamento di malattie neurologiche degenerative o per il ripristino delle connessioni nervose dopo una lesione.
I ricercatori della University of Illinois (UofI) di Urbana-Champaign e della University of Wisconsin di Madison hanno creato la piattaforma di microtubi per studiare la crescita dei neuroni. Essi ipotizzano che i microtubi potrebbero un giorno essere impiantati, come degli stent, per promuovere la ricrescita dei neuroni nei siti di lesioni o per trattare una malattia.
"Questa è una piattaforma tridimensionale potente per la cultura di neuroni", ha detto Li Xiuling, professore di ingegneria elettrica e informatica alla UofI che ha condiretto lo studio insieme a Justin Williams, professore della UW-Madison. "Possiamo guidare, accelerare e misurare il processo di crescita dei neuroni, tutto in una volta".
Il team ha pubblicato i risultati sulla rivista ACS Nano. "Ci sono molte malattie per le quali è molto difficile capire i meccanismi del corpo, così i ricercatori sviluppano le culture su piattaforme in modo da vedere le dinamiche al microscopio", ha detto Paolo Froeter, studente laureato della UofI, il primo autore dello studio. "Se riusciamo a vedere cosa sta succedendo, probabilmente si può capire la causa della carenza e porvi rimedio, e in seguito integrarla nel corpo".
La più grande sfida che sta di fronte ai ricercatori che cercano di realizzare colture di neuroni per studio è che è molto difficile ricreare l'ambiente accogliente, morbido e tridimensionale del cervello. Altre tecniche hanno usato lastre di vetro o canali scavati in lastroni compatti di materiale, ma le cellule nervose appaiono e si comportano in modo diverso da come farebbero nel corpo. I microtubi forniscono una struttura tridimensionale e duttile, come fa la matrice cellulare nel corpo.
Il team usa una vasta gamma di microtubi, realizzati con una tecnica pionieristica nel laboratorio di Li per applicazioni elettroniche come ad esempio induttori 3-D. Le membrane molto sottili di nitruro di silicio si arrotolano da sole in tubi di dimensioni precise. I tubi sono larghi all'incirca come le cellule, lunghi quant'è largo un capello umano, e distanziati circa per quanto sono lunghi. I neuroni crescono lungo e dentro le microprovette, inviando fuori le braccia esplorative attraverso i vuoti fino a trovare il tubo successivo. Ecco il video di un neurone che cresce da tubo a tubo:
[...]
La Andrew T. Yang Research Award, la National Science Foundation e i National Institutes of Health hanno sostenuto questo lavoro. Li è anche affiliato con il Micro and Nanotechnology Laboratory, il Frederick Seitz Materials Research Laboratory, il dipartimento di scienza meccanica e ingegneria e il Beckman Institute alla UofI. Altri autori della Illinois includono Martha Gillette, professore di bioingegneria e biologia cellulare e dello sviluppo, e gli studenti laureati Olivia Cangellaris e Wen Huang. Yu Huang, ricercatore post-dottorato della Wisconsin, è stato un co-primo autore.
Fonte: Liz Ahlberg in University of Illinois at Urbana-Champaign (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.
Riferimenti: Paul Froeter, Yu Huang, Olivia V. Cangellaris, Wen Huang, Erik W. Dent, Martha U. Gillette, Justin C. Williams, Xiuling Li. Toward Intelligent Synthetic Neural Circuits: Directing and Accelerating Neuron Cell Growth by Self-Rolled-Up Silicon Nitride Microtube Array. ACS Nano, 2014; 141103130556009 DOI: 10.1021/nn504876y
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