Ingenieure machen klebrige 3D-Gehirnmodell aus Seide, Kollagen Gel

Das Gehirn ist eines der wichtigsten Gewebe im K├Ârper, aber es ist sehr schwierig, in lebenden Menschen zu studieren. W├Ąhrend die in einem Labor hergestellten Gehirne an Horrorfilm-B├Âsewichte erinnern k├Ânnen, haben Forscher der Tufts University ein funktionelles Gehirn-├Ąhnliches Gel-Modell entwickelt, das zum ersten Mal die Reaktionen von lebenden Gehirnen nachahmt. Ein funktionelles 3D-Hirngewebemodell bringt die Forscher einen Schritt n├Ąher, um zu verstehen, was in unserer grauen Substanz vor sich geht.

In einer Studie, die heute in Proceedings der National Academy of Sciences (PNAS) ver├Âffentlicht wurde, berichten Forscher von Tufts, dass ihr Gehirnmodell in ├Ąhnlicher Weise wie ein lebendes menschliches Gehirn auf elektrische und chemische Stimulation reagiert. Das 3D-Gehirn kann auch mehrere Monate halten, eine viel l├Ąngere Haltbarkeit als fr├╝here Modelle.

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Das Modell besteht aus extrazellul├Ąren Matrix (ECM) Gelen, Seide Ger├╝st und Gehirnzellen namens Neuronen. W├Ąhrend das Design grundlegend ist, bietet es einen soliden Bauplan f├╝r komplexere Gehirnfunktionen.

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" Basierend auf der Architektur und den Funktionen des Gehirns haben wir versucht, diese Merkmale in den Biomaterial-Designs, Zellen und Systemen nachzuahmen oder nachzuahmen. "Sagte der leitende Autor der Studie, David Kaplan, Professor und Vorsitzender der Abteilung f├╝r Biomedizintechnik bei Tufts, in einer E-Mail an Healthline .

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Um das Modell zu entwickeln, untersuchten die Forscher viele verschiedene Arten von Gelen und Schw├Ąmmen, in Kombination und allein. "Wir untersuchten Gele allein, Schw├Ąmme allein und Varianten von jedem von ihnen, sowie das Kombinationssystem, das wir am besten fanden", sagte Kaplan.

F├╝r diese Forscher ist die Herstellung von menschlichem Gewebe kein neuer Prozess. "Dies wurde alles aus unseren langj├Ąhrigen Studien zu Biomaterial-Designs nachgebildet, um die erforderliche Struktur, Morphologie, Chemie und Mechanik zu erfassen, um die Anforderungen an Zell- und Gewebekulturen in 3D zu erf├╝llen", so Kaplan.

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Das resultierende 3D-Gehirn-├Ąhnliche Gewebe besteht aus einem auf Seidenprotein basierenden Ger├╝st, einem ECM-Komposit und kortikalen Neuronen - den Zellen, die die graue Gehirnsubstanz bilden. "F├╝r das Gehirnsystem waren wir nicht sicher, wie gut sich die Konnektivit├Ąt ausbilden w├╝rde und wie gut die Funktionen aussehen w├╝rden, aber diese erwiesen sich aufgrund der Biomaterialdesigns und der Gesamtsystemintegration als gut", sagte Kaplan.

Die Forscher haben zun├Ąchst die Reaktion des Hirngewebes auf elektrische Stimulation getestet. Dann beobachteten sie den Einfluss des Fallenlassens eines Gewichtes auf das Modell und simulierten eine traumatische Hirnverletzung (TBI). Wie ein echtes Gehirn hat das Modell Glutamat freigesetzt, eine Chemikalie, die sich nach einem TBI ansammelt.

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Gehirne der Zukunft

Zuk├╝nftige Tests des Gehirnmodells konnten die Effekte der Medikationen auf dem Gehirn, sowie andere Arten des Traumas pr├╝fen. Das 3D-Modell k├Ânnte auch verwendet werden, um eine Dysfunktion des Gehirns zu untersuchen.

"Wir glauben, dass es in vielen Bereichen der Hirnforschung ein gro├čes Potenzial hat, darunter Studien zu Medikamenten, Hirnfunktionsst├Ârungen, Trauma und Reparatur, Auswirkungen von Ern├Ąhrung oder Toxikologie auf Krankheitszust├Ąnde und -funktionen usw.", sagte Kaplan.

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Wie bei jedem Modell k├Ânnte diese Gelee-Hirn-Substanz von weiterem Basteln profitieren.

"Wir sehen viele Richtungen, um damit fortzufahren, aufbauend auf dem, was wir als Ausgangspunkt getan haben", sagte Kaplan. Zu den Modifikationen k├Ânnten eine h├Âhere Komplexit├Ąt geh├Âren, um die Gehirnfunktion besser nachzuahmen, und die Haltbarkeit des Modells auf sechs Monate verl├Ąngern, um langsam entwickelnde neurologische Erkrankungen wie Alzheimer zu untersuchen.

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