Ein wichtiger Meilenstein war der Einsatz der Photolithographie, um hydrophile und hydrophobe Verbindungen auf eine Siliziumoberfläche zu mustern und eine mikroskalige Kontrolle über Neuronenanhaftung und Wachstum zu ermöglichen9. Im Anschluss an diese Arbeit wurden eine Vielzahl neuartiger chemisch gemusterter Substrate10,11,12, lösliche Gradienten4, physikalische Strukturen13,14 mit verschiedenen Nano-/Mikrotechnologien geschaffen, um die Organisation kultivierter Neuronen zu verbessern, schlüsselliche Aspekte der in vivo physiologischen Umgebung zu erfassen und eine bessere neuronale Schnittstelle für die Sondierung und Dekodierung von Netzwerkaktivitäten bereitzustellen15,16. Während enorme Fortschritte gemacht wurden, die meisten Methoden für die Musterverbindung zwischen Neuronen üben erhebliche Einschränkung des Wachstums von Neuronenzellen, Einschränkung axonalverzweigt und dendritische Arborisierung, die viel Unsicherheit für die Gesundheit und physiologische Relevanz der neu erstellten Neuronen-Netzwerke auferlegt. Darüber hinaus ist es auch eine Herausforderung für groß angelegte, langfristige, parallele Überwachung neuronaler Aktivitäten mit Einzelzellauflösung in solchen gut kontrollierten Netzwerken. Die 3D-Struktur unseres NeuroArray ermöglichte die Immobilisierung und Musterung von Neuronensomata im Array-Format, während alle Neuriten frei im Raum zwischen der PDMS-Membran und Glassubstraten wachsen konnten, was von den unterstützenden Mikrosäulen bereitgestellt wurde. Hippocampal-Neuronen zeigten ähnliche Wachstumsmuster wie auf schlichten Glassubstraten. Nach einer Woche kulturerfahren wurden Axonen und Dendriten richtig entwickelt, um gut vernetzte, gut organisierte Netzwerke zu bilden, wie durch Immunfärbung neuronspezifischer Marker, Tau-1 und MAP2 (Abb. 3) und Kulturen angezeigt wird, die im NeuroArray über 3 Wochen gut gepflegt werden können. Integrierte Mikrogeräte ermöglichen die Abschottung verschiedener Gewebe, was bei der Untersuchung der systemischen Reaktion des spezifischen Arzneimittels von entscheidender Bedeutung ist. Mit den mikrogemusterten Zellclustern oder den miteinander verbundenen Kammern kann die Wechselwirkung mehrerer Organe nachgeahmt werden.39, 41-45 Wir glauben, dass dieses Design mit anderen in diesem Focus-Artikel beschriebenen Techniken für eine effiziente Interaktion zwischen verschiedenen Gewebetypen sowie für genauere Vorhersagen von Arzneimittelreaktionen sehr kompatibel ist. Während der präklinischen Phase wurden in vitro zellbasierte Assays aufgrund ihrer einfachen und kostengünstigen Natur im Vergleich zu einem In-vivo-Ansatz als Standardmethode für die Bewertung neuer Wirkstoffkandidaten mit hohem Durchsatz eingesetzt.17 Herkömmliche Mikroplatten- oder gut basierte Zellkulturplattformen vernachlässigen jedoch in der Regel die höherwertigen multizellulären Wechselwirkungen.7 Um die Lücke zwischen konventionellen In-vitro-Zellkulturen und den Tiermodellen zu schließen, Es wurden viele Anstrengungen unternommen, um das biologische In-vitro-System mit mikroskaligen Fertigungstechniken präzise zu steuern.31, 32 Unter Ausnutzung der Fortschritte in der Halbleiterverarbeitung kann man Mikrofertigungstechniken auf die Zellkultur anwenden, die eine massiv skalierbare Kompartimentierung ermöglicht und ihr Potenzial im Arzneimittelscreening demonstriert.33 In diesem Abschnitt werden integrierte Zellkultur-Mikrogeräte eingeführt.
, einschließlich integrierter Mikro-Well-Arrays und Mikrozellkultur-Analoga. Die Generierung von abstimmbaren 3D-Geometrien für eine Zellkultur ist entscheidend für die Replikation der Gewebestruktur im menschlichen Körper, insbesondere für die Wiederherstellung der Funktionalität auf Organebene, die zur Verbesserung der Arzneimittelentdeckung erforderlich ist. Obwohl es keine perfekte 3D-Zell-Mustertechnik gibt, glauben wir, dass die Wahl einer der spezifischen Techniken für die Rekonstruktion bestimmter Gewebe oder Organfunktionen für zukünftige Drogenscreening-Experimente angemessen und günstig wäre.
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