Forskare vid Microelectronics Research Unit (MIC) vid Uleåborgs universitet, i samarbete med Tammerfors universitet, har visat att kolnanorör kan användas för att kontrollera riktningen för neurala celltillväxt.

Kolnanorör är extremt små cylindrar som är starkare än stål och har exceptionella ledande egenskaper. Genom att skapa kolnanorörstolpar med optimala dimensioner, forskarna kan kontrollera i vilka riktningar neurala celler växer, förbättra bildandet av ett komplext och orienterat neurala cellnätverk.

Studien, med titeln "Kolnanorörsmikropelare utlöser guidad tillväxt av komplexa mänskliga neurala stamcellsnätverk, " publiceras i Nanoforskning .

Neuroforskare studerar nervsystemets struktur och funktion från cellulär- och molekylärbiologin till nervsystemets sjukdomar som Alzheimers och ryggmärgsskador. Även om framsteg har gjorts i studier relaterade till neurala störningar och nya strategier för behandling, flera utmaningar kvarstår på detta område. För att förbättra framstegen inom neurovetenskap, nanoteknik har spelat en viktig roll.

Kolnanorör har studerats i över 25 år med betydande bidrag till nanoteknik. De allra flesta elektroniska enheter som datorer och mobiltelefoner innehåller kolnanorör i sina komponenter. Den mest populära användningen av kolnanorör är strukturell förstärkning, som ses i cykelramar och tennisracketar, till exempel.

"Mitt forskningsfokus har blivit väldigt multidisciplinärt. Som fysiker av bakgrund, Jag har tillämpat materialvetenskapliga strategier för att studera biologiska system. Under mina första postdoktorala studier, Jag arbetade två år på den tidigare institutionen för anatomi och cellbiologi vid Uleåborgs universitet. När jag började arbeta med Prof. Krisztian Kordas, Jag fick möjlighet att lära mig mer om kolnanorör. Jag blev fascinerad av idén att utforska deras egenskaper för medicinska tillämpningar, och började ansöka om medel inom detta ämne. Den här uppsatsen är ett resultat av ett av mina projekt som heter InjectGuide, finansierad av Finlands Akademi, säger docent Gabriela Lorite Yrjänä, ledande forskning i detta projekt.

Förmågan att kontrollera hur neurala celler växer öppnar nya perspektiv inom två viktiga aspekter av neurovetenskap. Den första är att skapa nya typer av mikroelektronikmatriser för att studera cellnätverkelektrofysiologi. De nuvarande mikroelektronikmatriserna som används för att förstå hur neurala celler kommunicerar är byggda i 2D, i människokroppen, de växer i en mycket mer komplex 3D-miljö. Resultaten av detta dokument visar att kolnanorörsmikropelare kan användas som mallar för att skapa 3D-mikroelektronikmatriser. Detta arbete utförs i samarbete med docent Susanna Narkilahti och postdoktorn Laura Ylä-Outinen från Tammerfors universitet, som har expertis inom elektrofysiologiska mätningar och neurala celler.

En andra potentiell tillämpning av dessa fynd är relaterad till nya strategier för behandling av ryggmärgs- eller perifera nervskador. Utmaningen i dessa typer av skador är att odla neurala celler i mycket specifik riktning.

"Våra resultat ger bevis för att genom att arrangera kolnanorörsmikropelarna på specifikt avstånd, den neurala cellutväxten kan riktas i vilken geometri som helst. Nackdelen med denna studie för klinisk tillämpning är det faktum att kolnanorören är fästa på en stel yta. Nästa, vi siktar på att överföra denna kunskap till komplexa 3D-strukturer. Detta arbete utförs tillsammans med professor Minna Kellomäki från Tammerfors universitet, som har expertis inom hydrogeler för vävnadsteknik. Samarbetet inom multidisciplinär forskning är oerhört viktigt för att göra relevanta framsteg inom tillämpad vetenskap, säger docent Gabriela Lorite Yrjänä.

Utöver neurovetenskapen, docent Gabriela Lorite Yrjänä och hennes team försöker också använda kolnanorör för att möjliggöra broskreparation.