เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง นักวิจัยในสเปนได้สร้างแพลตฟอร์มการเพาะเลี้ยงเซลล์ไมโครฟลูอิดิกที่สามารถสร้างเนื้อเยื่อหัวใจ 2 มิติที่สมจริงอย่างมาก แพลตฟอร์มที่คุ้มค่าและใช้งานง่าย ซึ่งใช้เส้นใยนาโนอิเล็กโตรสปันและการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า สามารถพิสูจน์ได้ว่าชุมชนวิจัยโรคหัวใจประเมินค่าไม่ได้สำหรับการศึกษาโรคหัวใจและการทดสอบยาพรีคลินิก กล้ามเนื้อหัวใจเป็นเนื้อเยื่อที่มีความเฉพาะทางสูง
โดยสัญญาณไฟฟ้าจะถูกแปลเป็นการหดตัว
ของเส้นใยที่ซิงโครไนซ์ซึ่งส่งผลให้หัวใจสูบฉีด การสร้างเนื้อเยื่อหัวใจที่เหมือนจริงในหลอดทดลองนั้นถูกจำกัดด้วยความยากลำบากในการจำลองระดับการจัดระเบียบและคุณสมบัติในการทำงานของเนื้อเยื่อหัวใจในผู้ใหญ่ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเซลล์ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะที่ใช้ในแบบจำลองที่มีอยู่
เพื่อเอาชนะอุปสรรคเหล่านี้ ทีมงานซึ่งมุ่งหน้าไปที่สถาบันวิศวกรรมชีวภาพแห่งคาตาโลเนียและมหาวิทยาลัยบาร์เซโลนาได้ใช้อิเล็กโตรสปินนิ่งเพื่อวางโครงนั่งร้านนาโนไฟเบอร์ไว้บนแผ่นปิดแบบบาง วิธีนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับแต่งสถาปัตยกรรมของเส้นใย (การวางแนว องค์ประกอบ ความหนา และความหนาแน่น) ให้คล้ายกับเมทริกซ์นอกเซลล์ของหัวใจ และให้สัญญาณเชิงพื้นที่เพื่อเป็นแนวทางในการประกอบการเต้นของหัวใจในหลอดทดลอง
กลุ่มวิจัย IBEC Adrián López-Canosa ผู้เขียนคนแรกกล่าวว่า “เราได้เสนออุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกที่ช่วยให้เราสามารถทำซ้ำลักษณะสำคัญบางอย่างของเนื้อเยื่อหัวใจ “สิ่งที่เกี่ยวข้องมากที่สุดอย่างหนึ่งคือแอนไอโซโทรปีในระดับสูง ซึ่งหมายความว่าเนื้อเยื่อถูกจัดเรียงอย่างสูงในทิศทางใดทิศทางหนึ่งโดยเฉพาะ สิ่งนี้ทำได้โดยการจัดรูปแบบพื้นผิวของอุปกรณ์ของเราด้วยเส้นใยนาโนที่เรียงตัวกัน”
หลังจากสร้างลวดลายด้วยเส้นใยนาโนอิเล็กโตรสปันแล้ว
ทีมงานได้ยึดแผ่นปิดเข้ากับอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกซิลิโคนเพื่อสร้างห้องเพาะเลี้ยงเซลล์ขนาด 1300 x 8800 x 150 ไมโครเมตร อุปกรณ์นี้ยังรวมช่องสื่อสองช่องและสี่รูเพื่อยึดอิเล็กโทรดรูปแท่งเพื่อกระตุ้นเซลล์ การกระตุ้นด้วยไฟฟ้านี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการจัดระเบียบของเซลล์หัวใจ
López-Canosa อธิบาย “เป็นไปไม่ได้ที่จะได้หมายเลขเซลล์ที่เพียงพอโดยตรงจากผู้บริจาคที่เป็นผู้ใหญ่ ดังนั้นแนวทางที่พบบ่อยที่สุดคือการใช้เซลล์จากหัวใจของสัตว์ในทารกแรกเกิดหรือเซลล์ต้นกำเนิด pluripotent ของมนุษย์” “อย่างไรก็ตาม เซลล์เหล่านี้อยู่ในสถานะที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะ ดังนั้นการใช้กลยุทธ์เพื่อขับเคลื่อนการเจริญเติบโตจึงเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง”
การเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อการกระตุ้นเซลล์หัวใจอย่างเหมาะสมที่สุดต้องใช้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอที่ 5 V/cm, ระยะเวลา 2 ms และความถี่ 1 Hz เพื่อเลียนแบบแรงกระตุ้นไฟฟ้าในกล้ามเนื้อหัวใจตายของหนู López-Canosa และเพื่อนร่วมงานได้พัฒนาแบบจำลองการคำนวณของสนามไฟฟ้าของแพลตฟอร์มเพื่อพิจารณาว่าสามารถตอบสนองความต้องการเหล่านี้ได้หรือไม่
พวกเขาพบว่าอิเล็กโทรดรูปแท่งราคาถูกสามารถสร้างสนามไฟฟ้าเทียบเท่ากับอิเล็กโทรดระนาบมาตรฐานทองคำที่มีแรงดันไฟฟ้าอินพุตใกล้เคียงกัน การวางอิเล็กโทรดในแนวสัมผัสกับช่องสัญญาณสื่อและปรับให้เข้ากับช่องรับช่องเซลล์ทำให้เกิดการประนีประนอมระหว่างความเรียบง่ายของการออกแบบและการเพิ่มความแข็งแรงของสนามสูงสุดในห้องเพาะเลี้ยง การเปรียบเทียบระหว่างกราฟแรงดันไฟฟ้าจำลองและการวัดเชิงทดลองเผยให้เห็นการจับคู่ที่ยอดเยี่ยมระหว่างทั้งสอง
เส้นใยอิเล็กโตรสปันและคาร์ดิโอไมโอไซต์
(a) ภาพเรืองแสงของเส้นใยอิเล็กโตรสปันแบบสุ่ม (คอลัมน์ซ้าย) และแนวเดียวกัน (คอลัมน์ขวา) ที่มีโรดามีน บี (ข) เซลล์คาร์ดิโอไมโอไซต์ที่เพาะบนเส้นใยที่ย้อมสำหรับโปรตีนหดตัว (สีเขียว), คอนเน็กซิน-43 (สีแดง) และนิวเคลียสของเซลล์ (สีน้ำเงิน) ) หลังจากเจ็ดวันในวัฒนธรรม
จากนั้นนักวิจัยได้ตรวจสอบความสามารถของแพลตฟอร์มในการปลูกเนื้อเยื่อหัวใจโดยใช้วัฒนธรรมร่วมกันของ cardiomyocytes ของหนูแรกเกิด (เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ) และไฟโบรบลาสต์ของหัวใจ (ซึ่งผลิตเนื้อเยื่อเกี่ยวพัน) พวกเขาเพาะเซลล์ในอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกและประเมินเนื้อเยื่อหลังจากเจ็ดวันในการเพาะเลี้ยง ซึ่งรวมถึงห้าวันภายใต้การกระตุ้นด้วยไฟฟ้า
ในแพลตฟอร์มที่มีเส้นใยที่สะสมแบบสุ่ม การกระจายของโปรตีนที่หดตัวของ cardiomyocyte เป็นแบบไอโซโทรปิกอย่างสมบูรณ์ ในทางกลับกัน ซับสเตรตของเส้นใยที่เรียงตัวกัน ให้ผลเนื้อเยื่อหัวใจแบบแอนไอโซทรอปิกสูง โดยมีเซลล์โพลาไรซ์ไปในทิศทางของเส้นใยนาโน cardiomyocytes ก่อตัวเป็นโมโนเลเยอร์ของเซลล์ที่ไหลมารวมกันซึ่งสามารถหดตัวได้เอง
เพื่อประเมินผลกระทบของการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าต่อโครงสร้างหัวใจ ทีมงานได้ตรวจสอบการพัฒนาของจุดเชื่อมต่อช่องว่าง ซึ่งช่วยให้สัญญาณไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายไปทั่วเนื้อเยื่อของหัวใจและกระตุ้นการหดตัว การวิเคราะห์ด้วยอิมมูโนฟลูออเรสเซนซ์พบว่า connexin-43 เพิ่มขึ้นในระดับปานกลางแต่มีนัยสำคัญ (โปรตีน gap junction ที่สำคัญในเนื้อเยื่อหัวใจ) ในเนื้อเยื่อที่ถูกกระตุ้นเมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุมที่ไม่ถูกกระตุ้น พวกเขายังสังเกตเห็นการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของยีนหัวใจสำคัญที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติการหดตัวและการนำไฟฟ้าในตัวอย่างที่ถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้า
นักวิจัยสรุปว่าระบบไมโครฟลูอิดิกของพวกมันสามารถสร้างเนื้อเยื่อหัวใจ 2D ที่เลียนแบบสิ่งมีชีวิตได้สูง โดยการรวมตัวชี้นำภูมิประเทศและการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าอย่างง่ายดายและมีประสิทธิภาพมากกว่าแพลตฟอร์มก่อนหน้า ต่อไป พวกเขาวางแผนที่จะรวมระบบที่สร้างการไล่ระดับออกซิเจนลงในอุปกรณ์
“นอกจากนี้ เราตั้งใจที่จะสร้างแพลตฟอร์ม 3D เพื่อให้เกิดการล้อเลียนทางสรีรวิทยาในระดับที่สูงขึ้น” López-Canosa กล่าว “สิ่งนี้จะช่วยให้เราสามารถเลียนแบบเหตุการณ์กล้ามเนื้อหัวใจตายได้ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากในด้านการวิจัยโรคหัวใจและหลอดเลือดเนื่องจากขาดแบบจำลองที่เพียงพอในการศึกษาโรคนี้” เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
