3D神经元网络细胞培养微体系结构

Neuronal cell-culture microarchitectures, fabricated by Nanoscribe’s 3D printers, can be used to study phenomena of neuronal networks in detail. Image: Cornelius Fendler, Research Group Blick, Center for Hybrid Nanostructures, Universität Hamburg

使用Nanoscribe的3D打印系统，德国汉堡大学混合纳米结构中心的科学家们联合德国汉堡大学分子神经中心-汉堡艾本多夫医学中心以及格里夫斯瓦尔德大学物理研究所，一起研发了由管道相连接的多组柱状体3D复杂微结构支架。这款支架是用Nanoscribe自行研发的IP-Dip光刻胶进行3D打印，由多组高度不同且顶部镂空的柱状体和独立的通道相连接组成。

科学家们运用Nanoscribe的Photonic Professional系列3D打印系统，在复杂的3D打印支架上设计定制化的神经元网络。这新型的细胞培养微体系结构可以按定制的3D路径引导单个神经元突起和神经元细胞附着。这项研究为未来在探索细胞行为，信息传递和控制整个网络活动方面量身定制更复杂的3D神经元网络奠定了基础。

相连接的神经元网络可帮助科学家更好了解大脑的功能。例如，大脑处理信息的容量，学习过程中所产生的神经元新连接及发展和病变神经元的活动等等。因此，低密度体外神经元细胞培养对于研究细胞层面神经元是非常有价值的。但是，二维体外神经元培养达不到模仿神经系统中能观察到的独有的三维连接和极其复杂的信号处理。然而随着3D微加工技术的发展和进步，科学家们已经能实现通过新型研发的细胞培养支架，从三位角度来引导神经元细胞的生长和信号处理。

定制化3D微体系结构引导神经元细胞突起

Nanoscribe3D微加工技术拥有极高的设计自由度，因此在任意空间方向上都可自由设计柱状体和连接通道。这也是连接通道可充当定制化3D路径引导神经元细胞突起的原理。这定制化3D复杂微结构的概念使神经元网络体外研究有望得到实现。

3D打印支架用于定制化神经元网络

科学家们为了促进神经元细胞黏附力和活力，利用氧化铝和派瑞林 C涂层的3D微观结构来培养原代大鼠小脑颗粒神经元。该几何结构可进行拓扑诱导，而多聚赖氨酸的选择性沉淀可进行化学诱导。在这一系列作用下而产生的定制路径用来进行神经元网络体外细胞培养，以促进神经元细胞突起生长。

同时，该3D细胞培养微结构有控制和引导神经元的作用，从而生成有序的神经元网络：神经元细胞在立柱体内遵循选择性细胞黏附，且神经元细胞突起会沿着通道生长并与相邻的神经元细胞相连接。经膜片钳信号传输验证，科学家们在十天后成功测出体外细胞电生理活性。

3D微加工用于复杂生物兼容性支架

使用Nanoscribe的3D微加工技术并配合其自行研发的IP-Visio光刻胶，可以打印极其复杂的3D微支架，来进行用于细胞研究的微环境仿真模拟实验。IP-Visio是一款新型光刻胶，具有无生物毒性的特点，适合生命科学领域应用。此外，此款光刻胶还具有低自发荧光的特点，可以在不干扰打印结构的前提下通过荧光显微镜分析观察细胞。