Une équipe d’ingénieurs de l’UC Santa Cruz a développé une nouvelle méthode d’automatisation à length de la croissance des organoïdes cérébraux – des modèles miniatures tridimensionnels de tissu cérébral issus de cellules souches. Les organoïdes cérébraux permettent aux chercheurs d’étudier et de concevoir des fonctions clés du cerveau humain avec un niveau de précision unattainable avec d’autres modèles. Cela a des implications pour comprendre le développement du cerveau et les effets des médicaments pharmaceutiques pour le traitement du cancer ou d’autres maladies.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Mother nature Scientific Reports, des chercheurs du groupe UCSC Braingeneers détaillent leur système microfluidique automatisé et connecté à World-wide-web, appelé “Autoculture”. Le système fournit avec précision du liquide d’alimentation aux organoïdes cérébraux individuels afin d’optimiser leur croissance sans avoir besoin d’interférence humaine avec la society tissulaire.
Les organoïdes cérébraux nécessitent un haut niveau d’expertise et de cohérence pour maintenir les disorders précises de la croissance cellulaire pendant des semaines ou des mois. L’utilisation d’un système automatisé, comme démontré dans cette étude, peut éliminer les perturbations de la croissance de la culture cellulaire causées par l’interférence ou l’erreur humaine, fournir des résultats plus robustes et permettre à davantage de scientifiques d’accéder à des opportunités de mener des recherches avec des modèles de cerveau humain.
L’autoculture aborde également la variation qui survient dans la croissance des organoïdes en raison de problèmes d ‘«effet de lot», où les organoïdes cultivés à des moments différents ou dans différents laboratoires dans des conditions similaires peuvent varier simplement en raison de la complexité de leur croissance. L’utilisation de ce système uniforme et automatisé peut réduire les versions et permettre aux chercheurs de mieux comparer et valider leurs résultats.
“L’un des grands défis est que ces cultures ne sont pas très reproductibles, et en partie ce n’est pas surprenant motor vehicle ce sont des expériences qui durent des mois. Vous devez changer de support tous les deux jours et essayer de traiter ces cultures de manière uniforme, ce qui est extrêmement difficile. “, a déclaré Sofie Salama, professeur par intérim de biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l’UCSC et auteur de l’étude.
Style and design distinctive
L’autoculture utilise une puce microfluidique conçue par les chercheurs, dirigée par le professeur agrégé de génie électrique et informatique Mircea Teodorescu et Ph.D. en génie biomoléculaire. étudiant Spencer Seiler. Leurs nouvelles puces, créées à partir d’un moule bicouche special, ont de minuscules puits et canaux pour fournir des quantités infimes de liquide à l’organoïde, ce qui permet aux scientifiques d’avoir un haut niveau de contrôle sur les concentrations de nutriments et les sous-produits. Dans l’ensemble, le système utilise principalement des composants prêts à l’emploi et à faible coût, ce qui le rend available et modulaire.
“Une caractéristique nouvelle et importante de cette machine est que, d’une portion, elle rationalise le processus et garantit que tout est très cohérent”, a déclaré Teodorescu. “D’un autre côté, c’est très modulaire parce que le système est contrôlé par l’ordinateur, donc il y a différentes parties de la puce qui sont interchangeables et ont leurs propres avantages – c’est vraiment un agent moderne.”
Parce que le système délivre un flux continu de liquide aux organoïdes, il ressemble davantage aux disorders réelles du cerveau, qui est constamment alimenté en nutriments par le sang.
Contrairement à d’autres méthodes de croissance organoïde qui cultivent les cultures ensemble dans un seul plat, le système Autoculture contient une plaque de society avec 24 puits individuels, de sorte que chaque puits peut être sa propre expérience dans laquelle les cultures peuvent être cultivées indépendamment et alimentées en liquides à des concentrations variables et programmables. et les temps. Un système d’imagerie en incubateur permet aux chercheurs de surveiller en permanence à length la croissance et la morphologie des organoïdes.
“Le prix du système est que chaque organoïde a son propre micro-environnement staff pour lequel le fluide entre et sort”, a déclaré Seiler. “Maintenant, nous les avons séparés – ce serait trop laborieux à faire à la principal, mais c’est bien pour une equipment.”
De plus, une caractéristique exceptional du système est que les milieux d’alimentation pour chaque lifestyle individuelle peuvent être retirés pour analyse à tout second au cours d’une expérience. Cela permet aux chercheurs de mesurer de manière non invasive des données telles que le pH et les niveaux de glucose, qui peuvent être importantes pour surveiller la croissance cellulaire.
Le système microfluidique est connecté à Net pour permettre aux scientifiques d’opérer à length et de récupérer des données en temps réel du système à tout instant, sans perturber la tradition. Un autre post du groupe Braingeneers, publié dans la revue Web of Factors, montre remark le système Autoculture est un exemple du pouvoir d’étendre l’internet des objets pour permettre des expériences télécommandées – un besoin que la pandémie a rendu as well as urgent..
Lors de la mesure de leurs organoïdes cérébraux, les chercheurs ont découvert que les cellules souches cultivées à l’aide du système d’autoculture non seulement se différenciaient normalement en divers forms de cellules, mais semblaient en fait as well as saines que celles cultivées à l’aide de méthodes normal. Le séquençage de l’ARN a révélé des niveaux inférieurs de stress du réticulum glycolytique et endoplasmique, montrant un leading ensemble prometteur de données pour traiter le worry cellulaire identifié dans un write-up de Mother nature par des chercheurs collaborateurs de l’UCSF, preuve que le groupe prévoit d’étendre ses recherches en cours.
Cette recherche fournit une plate-forme importante pour les travaux en cours au sein de l’UCSC Stay Cell Genomics Heart. Il est aligné sur la mission du centre d’appliquer les leçons de la révolution informatique aux sciences de la vie et fait partie d’un mouvement additionally massive vers l’automatisation des laboratoires humides pour rendre les expériences furthermore robustes et reproductibles.