В новом исследовании, проведенном в соавторстве с Самарендрой Моханти, руководителем лаборатории биофизики и физиологии Колледжа наук, исследователи смогли использовать микрожидкостную стимуляцию для изменения траектории аксона под углом до 90 градусов. Аксоны – это стержни нейронов, на концах которых создаются соединения с другими нейронами или клетками.
Публикация добавляет понимание давно принятой идеи о том, что химические сигналы в первую очередь ответственны за определение пути аксонов во время развития человека и регенерации нервной системы.
Такие знания могут быть важны для достижений в области травм спинного мозга, когда поток жидкости может направлять регенерирующие аксоны, помимо воздействия на биохимические вещества в месте повреждения.
Поиск неинвазивного, высокоэффективного инструмента для управления ростом нейронов важен для нейробиологов, надеющихся определить, как работают нейронные схемы, и разработать способы тестирования потенциально изменяющих жизнь терапевтических препаратов на так называемых устройствах «лаборатория на кристалле».
Устройства "лаборатория на кристалле" включают в себя несколько лабораторных функций на микрочипе.
Соавторами новой статьи являются Лин Гу, Брайан Блэк, Саймон Ордонез и Аргха Мондал, все исследователи в лаборатории Моханти на момент исследования, и Анкур Джайн из инженерного факультета Арлингтонского инженерного колледжа штата Вашингтон.
«Хорошо известно, что течение жидкости участвует в различных процессах развития органов. Однако не было никаких доказательств, подтверждающих влияние прямого микрожидкостного потока на миграцию аксонов », – сказал Моханти. «Благодаря этому направлению работы наша лаборатория обнаруживает, что не только химические сигналы, но и физические сигналы, такие как сила, тепло и поток, необходимо рассматривать или использовать для понимания и контроля нейронного руководства как в лаборатории, так и в лаборатории. тело."
Последняя публикация является результатом работы, которую Моханти и его коллеги из Калифорнийского университета в Ирвине опубликовали в качестве обложки в журнале Nature Photonics в январе 2012 года.
Этот документ продемонстрировал успех команды в направлении роста аксонов с помощью частицы, вращаемой ближним инфракрасным лазерным лучом, так что она действовала как микромотор для создания потока жидкости. Ранее в этом году Гу, Блэк и Моханти опубликовали исследование в журнале PLOS One, в котором описывалось использование тепла, генерируемого в ближнем инфракрасном диапазоне, для очень эффективного управления ростом аксонов, что является еще одним достижением, над которым работает лаборатория.
Чтобы быть уверенным, что поток, а не тепло или механическая сила, создаваемая светом, был причиной изменения направления аксонов, в новой работе использовался прямой поток из микропробирки.
Моханти и группа исследователей использовали ганглиозные клетки сетчатки обыкновенной золотой рыбки, чтобы проверить свою теорию о прямом токе. В лаборатории 35 процентов протестированных конусов роста отреагировали на поток жидкости из микропробирки, при этом 78 процентов повернулись в направлении потока.
"Работа, которую доктор. Команда Моханти может преобразовать фундаментальные научные исследования в методы, которые могут привести к значительным улучшениям в области здоровья и состояния человека », – сказал Джим Гровер, временно исполняющий обязанности декана Научного колледжа Арлингтона. "Тот факт, что он получил финансирование от Национальных институтов здравоохранения и Национального научного фонда для реализации своих идей, подтверждает, что его лаборатория выполняет работу, которую ценят другие в этой области, и что его результаты будут и впредь отмечаться."
Блэк сказал, что авторам исследований предстоит еще много работы.
Сначала они попытаются установить параметры метода.
«После того, как мы определим пороговые значения для эффективного наведения аксонов в сравнении с повреждением или отслоением, мы сможем изготовить микрожидкостные платформы, которые обеспечат сложные модели и графики потока», – сказал Блэк. "Это научит нас, среди прочего, является ли процесс обратимым, и потенциально позволит нам создавать простые нейронные цепи."