Forskare vid IIT-Istituto Italiano di Tecnologia tillverkade en konstgjord enhet som återger en 1:1-modell av blod-hjärnbarriären (BBB), den anatomiska och funktionella strukturen som skyddar centrala nervsystemet från yttre toxiner, men som också skärmar droger när de injiceras intravenöst. Enheten, som är en kombination av artificiella och biologiska komponenter, är grundläggande för att studera nya terapeutiska strategier för att övervinna blod-hjärnbarriär och behandla hjärntillstånd som tumörer.

Studien samordnades av Gianni Ciofani, forskare vid IIT i Pontedera (Pisa) och professor vid Politecnico di Torino. Enheten beskrivs i ett papper publicerat idag Små . Det är en mikrofluidisk enhet som kombinerar konstgjorda komponenter gjorda med avancerade 3D-tekniker (tvåfotonlitografi) och endotelceller.

Mikrotrycket realiserades med avancerad 3D-utskriftsteknik som använder en laser som skannar genom en flytande fotopolymer och stelnar materialet lokalt och lager för lager, bygga komplexa 3D-objekt med submikronupplösning. Med denna tillverkningsteknik, forskare kunde konstruera en korrekt, fullskalig modell av BBB tillverkad av ett fotopolymerharts. Efterlikna hjärnans mikrokapillärer, modellen består av ett mikrofluidsystem med 50 parallella cylindriska kanaler som är anslutna med korsningar och har porer på cylinderväggarna. Var och en av de rörformiga strukturerna har en diameter på 10 μm och porer med en μm diameter enhetligt fördelad på alla cylindrar. Efter tillverkningen av komplexet, byggnadsliknande polymerstruktur, endotelceller odlades runt det porösa mikrokapillärsystemet. Täcker den 3D-tryckta strukturen, cellerna byggde en biologisk barriär som resulterade i ett biohybridsystem som liknade dess naturliga modell. Enheten är få millimeter stor och vätskor kan passera genom den vid samma tryck som blod i hjärnkärlen.

Prototypen har utvecklats genom ett extremt tvärvetenskapligt tillvägagångssätt baserat på mikroanofabrikationskompetenser, modellering och mikrofluidisk dynamik.

I framtiden, forskare kommer att använda enheten för att förstå interaktionen mellan läkemedel eller nano-vektorer för läkemedelsleverans för att övervinna blod-hjärnbarriären och rikta in sig på centrala nervsystemet. Huvudmålet är att hitta nya terapeutiska strategier för behandling av hjärncancer och hjärnsjukdomar, såsom Alzheimer och multipel skleros.