Нанопроволочная платформа позволила изучить астроциты в их естественном состоянии
Учёные создали нанопроволочную платформу, имитирующую ткань мозга, чтобы впервые изучить астроциты — звёздчатые клетки, критически важные для здоровья мозга, — в их естественном состоянии.
Астроциты — самые многочисленные и загадочные клетки мозга. Они регулируют связь между нейронами и помогают поддерживать гемато-энцефалический барьер. Они также являются высокодинамичными клетками, меняющими форму, чего не происходит в обычных чашках Петри, что оставляет серьёзные пробелы в понимании их работы.
«Досадно, что мало что известно об удивительном разнообразии морфологии астроцитов, и мы также мало знаем о молекулярных механизмах, стоящих за этими изменениями формы», — сказал соавтор Ишан Барман, биоинженер из Университета Джонса Хопкинса. — «Они не принимают эти формы на стекле, поэтому вопрос для нас был: как воспроизвести in vivo форму, но in vitro?»
Работа, проведённая под руководством Университета Джонса Хопкинса и Национального исследовательского совета Италии, позволит лучше понять функции мозга и их нарушения, включая то, что идёт не так при нейродегенеративных расстройствах.
Исследование опубликовано в Advanced Science.
Астроциты лежат в основе здоровья мозга, по сути формируя его каркас. Нарушение их работы связано с многочисленными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона.
Учёные полагают, что характерная звёздчатая форма астроцитов связана с их различными ключевыми функциями. Но эта форма разрушается, как только учёные пытаются изучить их на обычных стеклянных подложках под микроскопами.
«Чтобы по-настоящему понять астроциты, нам нужно воспроизвести их среду», — сказал Барман. — «Форма не случайна. И если мы не сможем воссоздать её достоверно, разве мы поймём функцию?»
Чтобы позволить изучать астроциты в их истинной форме, команда совершила два прорыва.
Во-первых, они создали нанопроволочные подложки из стекла, имитирующие текстуру ткани мозга, оставаясь при этом оптически прозрачными. При размещении на этой нанопроволочной структуре астроциты не только сохраняют свою характерную форму, но и растут и процветают.
«При выращивании на нанопроволочных подложках астроциты восстанавливают свою звёздчатую морфологию, ветвятся и созревают, как in vivo в мозге», — сказала соавтор Аннализа Конвертино из Национального исследовательского совета Италии.
Комбинируя эти нанопроволоки с новой формой визуализации, которая обеспечивает высокое разрешение и 3D-обзор без флуоресцентных меток или инвазивного окрашивания, команда смогла зафиксировать, как астроциты растут, ветвятся и меняют форму.
«Возможность комбинировать нанопроволочное культивирование с высокоразрешающей, бесметочной визуализацией была критически важна», — сказала соавтор Анушка Гупта, аспирант в лаборатории Бармана. — «Это наконец позволяет точно количественно оценить морфологию астроцитов».
Команда ожидает, что эта методика, которую также можно использовать для изучения других клеток, продвинет технологии «мозг-на-чипе», включая органоиды и другие нейроинженерные платформы следующего поколения.
«Это большой скачок по сравнению с плоскими моделями культур и прокладывает путь для нового поколения моделей "мозг-на-чипе"», — сказал Барман. — «Мы считаем, что это может возвестить начало нового способа изучения нейродегенеративных заболеваний, эффектов лекарств и травм мозга».