3Dプリントされた脳環境がニューロン成長を促進(TU Delft develops 3D-printed brain-like environment that promotes neuron growth)

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2025-01-29 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

デルフト工科大学(TU Delft)の研究チームは、3Dプリント技術を活用して、ニューロンが実際の脳内と同様に成長・ネットワーク形成する「脳様環境」を開発しました。この人工環境は、ニューロンの成長や相互接続を促進し、神経疾患の研究や新薬の開発におけるモデルシステムとしての活用が期待されています。研究チームは、レーザー支援3Dプリンティング、機械工学、超解像顕微鏡技術を組み合わせて、ニューロンの成長に適した微細構造を作製しました。このアプローチにより、ニューロンの成長やネットワーク形成における力学的特性の影響を詳細に研究することが可能となり、神経科学や神経工学の分野での応用が期待されています。

<関連情報>

レーザー支援3Dプリンティングナノ構造アレイによる神経細胞ネットワークの方向性と成長円錐の形態に及ぼす有効せん断弾性率の影響の解明 Deciphering the Influence of Effective Shear Modulus on Neuronal Network Directionality and Growth Cones’ Morphology via Laser-Assisted 3D-Printed Nanostructured Arrays

George Flamourakis, Qiangrui Dong, Dimitri Kromm, Selina Teurlings, Jeffrey van Haren, Tim Allertz, Hilde Smeenk, Femke M. S. de Vrij, Roderick P. Tas, Carlas S. Smith, Daan Brinks, Angelo Accardo
Advanced Functional Materials  Published: 21 October 2024
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.202409451

3Dプリントされた脳環境がニューロン成長を促進(TU Delft develops 3D-printed brain-like environment that promotes neuron growth)

Abstract

In the present study, the influence of topographic and mechanical cues on neuronal growth cones (NGCs) and network directionality in 3D-engineered cell culture models is explored. Two-photon polymerization (2PP) is employed to fabricate nanopillar arrays featuring tunable effective shear modulus. Large variations in mechanical properties are obtained by altering the aspect ratio of the nanostructures. The nanopillar arrays are seeded with different neuronal cell lines, including neural progenitor cells (NPCs) derived from human induced pluripotent stem cells (iPSCs), I3Neurons, and primary hippocampal neurons. All cell types exhibit preferential orientations according to the nanopillar topology, as shown by neurites creating a high number of oriented orthogonal networks. Furthermore, the differentiation and maturation of NPCs are affected by the topographic and mechanical properties of the nanopillars, as shown by the expression of the mature neuronal marker Synapsin I. Lastly, NGCs are influenced by effective shear modulus in terms of spreading area, and stochastic optical reconstruction microscopy (STORM) is employed to assess the cytoskeleton organization at nanometric resolution. The developed approach, involving laser-assisted 3D microfabrication, neuro-mechanobiology, and super-resolution microscopy, paves the way for prospective comparative studies on the evolution of neuronal networks and NGCs in healthy and diseased (e.g., neurodegenerative) conditions.

生物工学一般
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