Technologie microrobot : connexion externe des réseaux de neurones in vivo

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Les équipes de recherche dirigées par le professeur Hongsoo Choi et le professeur Yongseok Oh du DGIST ont rejoint l’équipe de recherche dirigée par le Dr Jongcheol Rah du Korea Brain Research Institute pour développer la technologie permettant de livrer un microrobot à un point cible d’un hippocampe dans un environnement in vitro, reliant réseaux de neurones et mesure des signaux neuronaux. Les résultats de la recherche devraient contribuer à la recherche sur les réseaux neuronaux et à la vérification et à l’analyse des produits de thérapie cellulaire.

L’équipe de recherche dirigée par le professeur Hongsoo Choi de la DGIST (président Kuk Yang) du département de robotique et de génie mécatronique a mis au point un microrobot capable de former des réseaux neuronaux et de sectionner des tissus hippocampiques dans un environnement in vitro dans un environnement ex vivo.[1] État. Grâce à la recherche conjointe avec l’équipe dirigée par le Dr Jongcheol Rah de l’Institut coréen de recherche sur le cerveau, la possibilité d’analyser des réseaux de neurones structurellement et fonctionnellement connectés à l’aide d’un microrobot dans un environnement in vitro pendant l’administration et la transplantation de cellules a été confirmée. Les résultats de la recherche devraient être appliqués dans divers domaines, notamment les réseaux de neurones, les produits de thérapie cellulaire et la médecine régénérative.

Des produits de thérapie cellulaire et une technologie de délivrance de cellules ont été développés pour régénérer les cellules nerveuses endommagées par des maladies ; ces dernières années, diverses technologies impliquant des microrobots capables d’effectuer des opérations précises et peu invasives[2] la délivrance de cellules est de plus en plus reconnue. Des études antérieures sur la livraison de cellules et les connexions de réseaux neuronaux à l’aide de microrobots n’ont vérifié que les connexions structurelles et fonctionnelles des cellules au niveau cellulaire.

L’équipe de recherche dirigée par le professeur Choi a utilisé des microrobots dans lesquels la connexion au réseau neuronal peut être appliquée de manière pratique. Cette technologie utilisait des microrobots pour permettre l’analyse de réseaux de neurones fonctionnellement connectés dans un environnement ex vivo et la délivrance de cellules ; le tissu cérébral d’une souris de laboratoire a été utilisé pour mener l’expérience.

L’équipe de recherche a d’abord attaché des superparamagnétiques[3] nanoparticules d’oxyde de fer aux principales cellules nerveuses de l’hippocampe de la souris de laboratoire pour fabriquer le Mag-Neurobot sous une forme sphérique tridimensionnelle. Des nanoparticules magnétiques ont été fixées à l’extérieur du robot afin que le robot puisse se déplacer vers un emplacement souhaité en réagissant aux champs magnétiques externes. La sécurité a également été vérifiée via un test de biocompatibilité, dans lequel le magnétisme du robot n’a pas affecté la croissance des cellules nerveuses.

L’équipe de recherche a placé le microrobot dans la section tissulaire de l’hippocampe de la souris grâce au contrôle du champ magnétique. Par coloration par immunofluorescence[4]l’équipe a observé que les cellules du microrobot et les cellules de la section de tissu de l’hippocampe étaient structurellement connectées par des neurites.

En outre, un réseau de microélectrodes (MEA) a été utilisé pour stimuler les cellules nerveuses du microrobot afin de déterminer si les cellules nerveuses délivrées par le microrobot présentent des caractéristiques électrophysiologiques typiques. Il a été vérifié que les signaux électriques se propagent généralement à travers les cellules nerveuses dans la section de tissu de l’hippocampe. En conséquence, l’équipe de recherche a confirmé que les cellules nerveuses délivrées par le microrobot pouvaient former de manière fonctionnelle des cellules et des réseaux neuronaux à l’intérieur de la section de tissu de l’hippocampe d’une souris de laboratoire. De plus, l’équipe a démontré que le microrobot pouvait jouer le rôle de délivrer des cellules nerveuses et de former des réseaux de neurones artificiels.

Le Dr Choi du DGIST a déclaré « Nous avons prouvé qu’un microrobot et les tissus nerveux d’un cerveau de souris peuvent être fonctionnellement connectés grâce à une analyse électrophysiologique » et a ajouté, « la technologie développée dans cette étude devrait être utilisée pour vérifier un traitement ciblé avec précision. dans les domaines des troubles neurologiques et de la thérapie cellulaire. »

Cette étude a été soutenue par le NSCN, la NRF et le ministère des Sciences et des TIC, et les résultats de la recherche ont été publiés en ligne dans Matériaux avancés (JSR IF 32.086, top 2,1% dans le domaine), l’une des revues les mieux notées dans le domaine des matériaux, le 15 février (mercredi).

Remarques:

[1] Ex vivo : retirer des organes ou des tissus à l’extérieur du corps à des fins de traitement, puis les remettre dans leur position d’origine

[2] Mini-invasif : minimisation de la zone d’incision pour réduire la charge physique du patient

[3] Superparamagnétisme : Les spins sont alignés dans la même direction, mais les spins ne sont pas globalement alignés même lorsqu’un champ magnétique est appliqué.

[4] Coloration par immunofluorescence : technologie de visualisation utilisée pour déterminer l’emplacement dans une cellule de protéines spécifiques à l’aide de l’anticorps d’une molécule spécifique, souvent une protéine, dans des cellules ou des tissus.

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