ETH -forskare har utvecklat en ny metod där de använder ljus för att rita mönster av molekyler som styr levande celler. Metoden möjliggör en närmare titt på utvecklingen av flercelliga organismer - och kan i framtiden till och med spela en roll i nya terapier.

Mycket komplexa organismer kan uppstå från en enda cell, som är ett av naturens sanna mirakel. Ämnen som kallas morfogener har en viktig roll i denna utveckling, nämligen genom att signalera till celler var de ska gå och vad de ska göra. Dessa signalmolekyler styr biologiska processer såsom bildandet av kroppsaxlar eller ledning av hjärnan. För att undersöka sådana processer mer i detalj, forskare måste kunna placera signalmolekylerna bland levande celler i tredimensionellt utrymme. Detta möjliggjordes av en ny metod som utvecklats av Nicolas Broguiere och hans kollegor i forskargruppen som leds av Marcy Zenobi-Wong. Deras arbete publiceras idag i tidningen Avancerade material .

Rita med ljus

"Vår strategi gör det möjligt att distribuera bioaktiva molekyler i en hydrogel med hög precision, "säger Zenobi-Wong, Professor i vävnadsteknik och biofabrikation vid Institutionen för hälsovetenskap och teknik vid ETH Zürich. När levande celler är inkapslade i hydrogel, de kan upptäcka dessa biokemiska signaler. En sådan signal, nervtillväxtfaktor, bestämmer i vilken riktning nervfibrer växer. I en metod som kallas tvåfotonmönster, forskarna använde en laser för att rita ett 3D-mönster av denna molekyl i hydrogel.

"Överallt där ljuset är fokuserat i materialet, det utlöser en kemisk reaktion som förankrar nervtillväxtfaktorn till hydrogel, "Broguiere förklarar." Vi optimerade noggrant utformningen av den ljuskänsliga hydrogeln så att signalmolekylerna endast fäster i de områden som utsätts för lasern - och ingen annanstans. "Deras nya tillvägagångssätt kan skapa" målningar "av morfogener med detaljer tusen gånger mindre än en millimeter-storleken på en enda nervfiber. Forskarna kunde sedan genom ett mikroskop observera hur neuronerna följer det kartlagda mönstret. "Med denna nya metod, vi kan nu styra neuroner effektivt i 3D, använder sitt eget biokemiska språk, "Säger Broguiere.

När nervfibrer rivs

Många biologer har länge drömt om att instruera celler att växa i en viss riktning. Den nya metoden som utvecklats av ETH -forskargruppen ger dem ett steg närmare att uppfylla den drömmen. Zenobi-Wong och Broguiere tror att deras innovation också erbjuder potentiella fördelar för medicin-till exempel om en nerv skärs av under en olycka, återanslutningen sker slumpmässigt och full funktion återställs inte. "Jag vill inte ge intrycket av att vi är redo att börja behandla patienter med den här metoden, "Zenobi-Wong säger, "men i framtiden en förfinad version av vårt tillvägagångssätt kan hjälpa till att visa neuroner rätt väg direkt i kroppen, vilket förbättrar återhämtningen från neurala skador. "