Onderzoekers van de Microelectronics Research Unit (MIC) aan de Universiteit van Oulu, in samenwerking met Tampere University, hebben aangetoond dat koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt om de richting van neurale celgroei te regelen.

Koolstof nanobuisjes zijn uiterst kleine cilinders die sterker zijn dan staal en uitzonderlijke geleidende eigenschappen hebben. Door pilaren van koolstofnanobuisjes te maken met optimale afmetingen, de onderzoekers kunnen de richting bepalen waarin neurale cellen groeien, verbetering van de vorming van een complex en georiënteerd neuraal celnetwerk.

De studie, getiteld "Micropilaren van koolstofnanobuisjes triggeren geleide groei van complexe menselijke neurale stamcelnetwerken, " is gepubliceerd in Nano-onderzoek .

Neurowetenschappers bestuderen de structuur en functie van het zenuwstelsel, van de cellulaire en moleculaire biologie tot ziekten van het zenuwstelsel zoals de ziekte van Alzheimer en ruggenmergletsels. Hoewel er vooruitgang is geboekt in studies met betrekking tot neurale aandoeningen en nieuwe strategieën voor behandeling, er blijven op dit gebied nog een aantal uitdagingen. Om de vooruitgang in de neurowetenschappen te verbeteren, nanotechnologie speelt een belangrijke rol.

Koolstofnanobuisjes worden al meer dan 25 jaar bestudeerd met significante bijdragen aan nanotechnologie. De overgrote meerderheid van elektronische apparaten zoals computers en mobiele telefoons bevatten koolstofnanobuisjes in hun componenten. Het meest populaire gebruik van koolstofnanobuizen is structurele versterking, zoals te zien in fietsframes en tennisrackets, bijvoorbeeld.

"Mijn onderzoeksfocus is zeer multidisciplinair geworden. Als fysicus van achtergrond, Ik heb materiaalwetenschappelijke strategieën toegepast om biologische systemen te bestuderen. Tijdens mijn eerste postdoctorale studies, Ik heb twee jaar gewerkt op de voormalige afdeling Anatomie en Celbiologie van de Universiteit van Oulu. Toen ik begon te werken met Prof. Krisztian Kordas, Ik kreeg de kans om meer te leren over koolstofnanobuisjes. Ik raakte gefascineerd door het idee om hun eigenschappen voor medische toepassingen te onderzoeken, en begon met het aanvragen van financiering binnen dit onderwerp. Dit artikel is het resultaat van een van mijn projecten genaamd InjectGuide, gefinancierd door de Academie van Finland, " zegt docent Gabriela Lorite Yrjänä, leidend onderzoek in dit project.

Het vermogen om te bepalen hoe de neurale cellen groeien, opent nieuwe perspectieven in twee belangrijke aspecten van de neurowetenschap. De eerste is het creëren van nieuwe soorten micro-elektronica-arrays om de elektrofysiologie van celnetwerken te bestuderen. De huidige micro-elektronica-arrays die worden gebruikt om te begrijpen hoe neurale cellen communiceren, zijn gebouwd in 2D, terwijl in het menselijk lichaam, ze groeien in een veel complexere 3D-omgeving. De resultaten van dit artikel tonen aan dat micropilaren van koolstofnanobuisjes kunnen worden gebruikt als sjablonen om 3D-micro-elektronica-arrays te maken. Dit werk wordt uitgevoerd in samenwerking met docent Susanna Narkilahti en de postdoctoraal onderzoeker Laura Ylä-Outinen van Tampere University, die de expertise heeft van de elektrofysiologische metingen en neurale cellen.

Een tweede mogelijke toepassing van deze bevindingen houdt verband met nieuwe strategieën voor de behandeling van letsels aan het ruggenmerg of perifere zenuwen. De uitdaging bij dit soort verwondingen is om neurale cellen in een zeer specifieke richting te laten groeien.

"Onze resultaten leveren bewijs dat door de micropilaren van koolstofnanobuisjes op een specifieke afstand te plaatsen, de uitgroei van neurale cellen kan in elke gewenste geometrie worden gestuurd. Het nadeel van deze studie voor klinische toepassing is het feit dat de koolstofnanobuisjes aan een stijf oppervlak zijn bevestigd. Volgende, we streven ernaar deze kennis over te dragen naar complexe 3D-structuren. Dit werk wordt uitgevoerd samen met professor Minna Kellomäki van de Tampere University, die de expertise heeft in hydrogels voor tissue engineering. De samenwerking in multidisciplinair onderzoek is van groot belang om relevante vooruitgang te boeken in de toegepaste wetenschap, " zegt docent Gabriela Lorite Yrjänä.

Buiten het gebied van de neurowetenschappen, docent Gabriela Lorite Yrjänä en haar team proberen ook koolstofnanobuisjes te gebruiken om kraakbeenherstel mogelijk te maken.