Feeling groovy: Neuronen, die eine bessere Integration mit Muskel gewachsen auf gerillten Plattformen

Wachsende Muskel-Gewebe auf gerillten Plattformen hilft Neuronen mehr effektiv integrieren die Muskeln, die eine Voraussetzung für engineering Muskel im Labor, der reagiert, und Funktionen wie die Muskeln im Körper, University of Illinois Forscher fanden in einer neuen Studie.

So entwickelt der Muskel mit integrierter Nerven hat Anwendungen in der rekonstruktiven und rehabilitative Medizin sowie für hochentwickelte biologische Maschinen oder Roboter.

„Mit diesem Ansatz können wir Ingenieur Muskel außerhalb der Körper so reagieren kann wie die Muskeln im Körper,“ sagte Studie Führer Hyunjoon Kong, professor für Chemie und biomolecular engineering. „In der Regel die Menschen nur Kultur Muskelzellen ohne Neuronen. Es ist ziemlich einfach zu tun. Aber es ist sehr schwierig für die Neuronen zu integrieren und die Kommunikation mit dem Muskel, so dass es funktionsfähig ist, und reaktionsschnell.“

Kong co-führte die Studie mit Rashid Bashir, ein professor von Biotechnik und Dekan des College of Engineering. Bashir und Kong sind auch mit den angeschlossenen Carle Illinois College of Medicine.

Ziel der Forscher ist es, um Muskeln zu schaffen, die eine Antwort auf Neurotransmitter, wie es reagiert im Körper, anstatt sich auf Hinzugefügt elektrische oder Chemische stimulation. Während andere Gruppen gezeigt haben, entwickelt Muskulatur mit Nerven-integration, genannt innervation, die Funktion und Reaktion des Muskels begrenzt worden, sagen die Forscher.

Die Illinois-Gruppe verändert die Oberfläche, auf der Sie inkubiert, die Muskeln zu sehen, wenn die Topologie betroffenen Muskel-Wachstum, Funktion oder innervation. Die Forscher wuchsen die Maus, Muskel-Gewebe zunehmend auf gerillten Oberflächen, dann ausgesät des Muskels mit Stammzellen grundiert werden Neuronen und beobachtete, wie die Nerven gebildet und integriert die Muskel -.

Sie fanden heraus, dass auf einer flachen Oberfläche, die Muskel-Gewebe-es fehlte die Organisation und die Nerven nicht durchdringen effizient. Allerdings, je mehr die gerillte Oberfläche, die mehr bestellte der Muskelfasern wuchs, die erfolgreich die Neuronen integriert mit den Muskeln, sagte Studentin Klara (Eunkyung) Ko, der erste Autor der Studie.

„Wenn Sie denken über die physiologischen Eigenschaften des Muskels, es ist sehr ausgerichtet. Es gibt eine Menge von Fasern, die gebündelt sind. Der geriffelte Untergrund bietet eine ähnliche Umgebung, um unsere Natürliche Skelett-Muskel, so kann es helfen, die Zellen zu richten und bilden Bündel, wie ein echter Muskel -,“ Ko gesagt. „Diese ausgerichtet bundles auch die Neuronen, wie Sie erstrecken sich entlang und in das Muskelgewebe. Es gibt Ihnen einen Weg, um zu wachsen.“

Dann testeten die Forscher den innervierten Muskel die Antwort auf zwei Neurotransmitter, die natürlichen Chemikalien, die das signal der Nervenzellen—ein, regt die Aktivität und eine, hemmt es. Das Gewebe gewachsen auf der gerillten Oberflächen wurden die meisten reagieren.

„Wenn die Muskel-und Nervenzellen funktionieren zusammen, die Muskeln sollen Vertrag bei Einwirkung der Chemikalie, die Neuronen stimuliert, und zu stoppen, wenn ausgesetzt, um die Inhibitoren. Unsere Taten,“ Kong gesagt. „Wir sind die ersten, zu zeigen, dass unsere Muskulatur ist funktional und reagiert auf diese Chemikalien viel besser als die anderen.“

Die Forscher planen, verfeinern Sie Ihre gerillte Substrate in Experimenten mit menschlichen Muskel-und Nervenzellen. Sie hoffen, dass Sie entwickeln Ihren Ansatz als eine Plattform für Wirkstoff-screening und für das tissue engineering für Patienten mit Muskel-Schäden oder Verletzungen.

„Wenn es Schäden an den Muskeln, es ist oft eine Lücke in den Nerven als auch. Dies kann dazu führen, die Muskeln werden schwächer und kleiner. Also für die bei der Behandlung von Verletzungen, ist es wichtig, dass sich die Neuronen re-innervieren die Muskeln,“ Kong gesagt. „Können wir die eigenen Zellen eines Patienten zu Ingenieur-Muskel-Proben-Bildschirm, die Drogen könnte erhöhen die Wiedereinführung von Nervenzellen zum Muskel. Wir testen konnte eine Vielzahl von Wachstumsfaktoren oder Proteinen und sehen, was wäre gut für die regeneration von Muskeln und Nervenzellen zusammen.“

Die Forscher planen auch, die Verwendung der innervierte Muskel-power Miniatur-biologische Maschine, oder bio-bots. Bashir hat die Gruppe entwickelte bio-bots angetrieben von Muskel-Gewebe, das reagiert auf Licht und Elektrizität, und die integration mit Neuronen würden die Maschinen mit sensing-Funktion, könnte eine Richtung—zum Beispiel, sich in Richtung einer Umwelt-toxin zu neutralisieren, Bashir, sagte.