La electricidad juega un papel clave en los estudios celulares, pero los problemas prácticos relacionados con la forma del material de cultivo de laboratorio han dificultado esta investigación. Los materiales de cultivo de laboratorio son los recipientes de plástico utilizados por los investigadores para cultivar células. Estos recipientes son típicamente cilindros poco profundos: un ejemplo clásicoes una placa de Petri. Mientras que una placa de Petri es circular, la forma más sencilla de crear un campo eléctrico uniforme se basa en una forma rectangular. Estas diferentes geometrías evitan que los científicos exploten por completo el potencial de un material de cultivo celular, como una parte importante de la rondala base de la placa de Petri permanece fuera del rectángulo generador de campo que entra en el material de cultivo. Un proyecto de estudiante de doctorado, que ha llevado a una solicitud de patente y un artículo publicado en Informes científicos , está cambiando radicalmente esta situación.
El estudiante, Hsieh-Fu Tsai, trabajó bajo la supervisión de la Profesora Amy Shen, jefa de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídica de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST. Su proyecto de investigación se centró en el comportamiento celular enun campo eléctrico ". Las células responden a la corriente eléctrica", explicó Tsai. "Algunas células migran hacia el polo positivo, mientras que otras hacia el polo negativo, y algunas células muestran una alineación específica con el campo eléctrico". Se sabe que estos fenómenos jueganun papel importante en áreas biomédicas clave, como la curación de heridas y las primeras etapas del desarrollo celular, como la neurogénesis y la embriogénesis.
Los científicos generalmente eligen estudiar las células en un campo eléctrico uniforme, ya que ese campo uniforme es el caso más simple para trabajar en un entorno controlado. Una forma efectiva de crear un campo eléctrico uniforme es a través de un dispositivo rectangular, porque los postes eléctricosestán conectados a dos de los lados opuestos del rectángulo y, por lo tanto, las vías de la corriente eléctrica son todas de la misma longitud.
Sin embargo, la mayoría de los cultivos celulares estándar ocurren en un entorno de forma circular, como una placa de Petri, y no es posible crear directamente un campo eléctrico uniforme simplemente conectando los postes eléctricos a los lados opuestos de un círculo ". Las paredes de un Petriel plato está curvado ", comentó el profesor Shen," y en un círculo las vías de la corriente eléctrica son de diferentes longitudes, por lo que el campo eléctrico resultante no es uniforme ".
Tsai y sus colegas encontraron una solución revolucionaria para este problema. Crearon un inserto de plástico que modifica las rutas de la corriente eléctrica en forma circular, haciendo que cada ruta de corriente tenga la misma distancia. El inserto, simple y económico, logra este objetivohaciendo que las rutas más cortas se ejecuten dentro del dispositivo y, por lo tanto, extiendan su longitud hasta que coincidan con las rutas más largas.
El inserto tiene cuatro agujeros en la parte superior: dos agujeros para proporcionar nutrientes a las células y dos agujeros para aplicar electricidad. Primero, los investigadores colocan las células en el fondo de una placa de Petri. Luego, el inserto se coloca en el material de cultivo y se sella.finalmente, los científicos agregan nutrientes frescos para que las células crezcan y apliquen la corriente eléctrica.
El diseño del inserto se basa en los principios fundamentales de la electricidad, lo que ayudó a los investigadores a encontrar la forma óptima del dispositivo. Una vez que se define la forma, el inserto se puede crear directamente con una impresora 3D. Gracias a esto simpleproceso, el inserto es escalable y se puede adaptar fácilmente para adaptarse a la mayoría de los utensilios de cultivo de laboratorio comunes de cualquier tamaño. Los científicos de OIST ya han probado el rendimiento del dispositivo a través de un experimento exitoso en células de fibroblastos embrionarios de ratón.
"Una de las ventajas es que, con este dispositivo, los investigadores pueden usar la mayor parte de la cobertura de la superficie del plato", dijo el profesor Shen. "Esto da como resultado un mayor recuento de células y, por lo tanto, más muestras para más experimentos".
Hay varias aplicaciones para este dispositivo en los estudios de células. "Esta vez apuntamos específicamente a aplicaciones de tejidos, porque muchos investigadores están tratando de crear tejidos corporales funcionales en el laboratorio; por ejemplo, músculo, piel e hígado", Tsaiexplicó. "Puedes hacer crecer estos tejidos, pero con frecuencia no tienen la función que ves en el cuerpo. Eso es porque todavía no están maduros: necesitan entrenamiento, como un músculo necesita ejercicio. Un campo eléctrico es uno de los entrenamientosmétodo que los científicos están tratando de usar en las células ". El proyecto ya ha generado contactos con la industria de ingeniería de tejidos.
En particular, Tsai desarrolló este proyecto durante una rotación de laboratorio de tres meses que forma parte del plan de estudios estándar de OIST. Los estudiantes de doctorado trabajan en tres laboratorios diferentes durante su primer año, explorando la diversidad de la investigación científica. Este modelo, posiblemente único enEl panorama de la educación terciaria está demostrando ser exitoso y efectivo para fomentar la innovación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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