Onderzoekers van het RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research in Japan hebben een nieuw systeem ontwikkeld om weefsel levensvatbaar te houden voor langdurig onderzoek nadat het van een dier naar een kweekmedium is overgebracht. Het nieuwe systeem maakt gebruik van een microfluïdisch apparaat dat kan voorkomen dat weefsel uitdroogt en verdrinkt in vloeistof. Een proof-of-concept-experiment toonde aan dat weefsel geëxplanteerd uit de muizenhersenen levensvatbaar bleef na bijna een maand in kweek, veel langer dan mogelijk is met andere microfluïdische kweekmethoden, en ook veel eenvoudiger.

Experimenteren met weefsels in kweek kan het ontdekken van medicijnen vergemakkelijken omdat onderzoekers het weefsel systematisch kunnen manipuleren en verschillende medicijnen of medicijncombinaties kunnen testen. Echter, bij het bestuderen van een heel systeem waarin veel cellen met elkaar moeten interageren, het is moeilijk gebleken om het weefsel langer dan een paar dagen "levend" te houden. Weefsel droogt snel uit en sterft af, tenzij het in een nat kweekmedium met geschikte voedingsstoffen wordt geplaatst. Anderzijds, het onderdompelen van complex weefsel in vloeistof kan het weefsel beschadigen omdat het de normale overdracht van gassen daartussen niet mogelijk maakt.

Om dit probleem op te lossen, de RIKEN-wetenschappers ontwikkelden een microfluïdisch apparaat met behulp van polydimethylsiloxaan (PDMS), het materiaal dat vaak wordt gebruikt als ontschuimer in vrij verkrijgbare medicijnen. Het apparaat heeft een semi-permeabel kanaal omgeven door een kunstmatig membraan en stevige PDMS-wanden. In plaats van constant ondergedompeld te worden in vloeistof, het weefsel profiteerde van het laten circuleren van het kweekmedium in het microkanaal en door het permeabele membraan, waardoor een goede gasuitwisseling mogelijk was. Dit klinkt simpel, maar het vinden van de optimale instellingen bleek een uitdaging. Zoals eerste auteur Nobutoshi Ota opmerkt, "Het regelen van de mediumstroom was moeilijk omdat het microkanaal dat zich vormde tussen de PDMS-wanden en het poreuze membraan ongebruikelijk was. we hadden succes na trial-and-error-modificaties aan het poreuze membraan en aanpassingen van de inlaat-/uitlaatstroomsnelheden."

Het team testte het apparaat met weefsel van de suprachiasmatische muiskern, een complex deel van de hersenen dat de circadiane ritmes regelt. De muizen zelf waren knock-in muizen waarbij de activiteit van het circadiane ritme in de hersenen was gekoppeld aan de productie van een sterk fluorescerend eiwit. Door het niveau van bioluminescentie afkomstig van het hersenweefsel te meten, ze konden zien dat weefsel dat door hun systeem in leven werd gehouden, meer dan 25 dagen actief en functioneel bleef met een mooie circadiane activiteit. In tegenstelling tot, neurale activiteit in weefsel dat in een conventionele kweek werd gehouden, nam na slechts 10 uur met 6% af.

Deze nieuwe methode heeft verschillende voordelen. Op korte termijn, het zal nuttig zijn bij het observeren van biologische ontwikkeling en het testen hoe weefsels op medicijnen reageren. Ook de voordelen op lange termijn zijn duidelijk. "Deze methode kan worden gebruikt voor meer dan geëxplanteerde weefsels van dieren, " zegt Ota. "Het zal ook het onderzoek naar organogenese verbeteren door middel van langdurige kweek en observatie die nodig is voor het kweken van weefsel en organen."

Inderdaad, het team plant momenteel langetermijnexperimenten met behulp van hun systeem om de vorming van bloedvaten en de bewegingen van cellen tijdens de vorming van organoïden te observeren.

Deze studie is gepubliceerd in het tijdschrift Analytische wetenschappen .