Sel -sel dalam tubuh kita terus -menerus terpapar pada berbagai gaya – sel yang saling menarik, cairan yang mengalir yang memberikan tekanan, efek aksi seperti melompat atau hanya tarikan gravitasi. Peneliti TU/E Roel Kooi mengembangkan sistem baru dengan silia magnetik – rambut bergetar kecil – untuk menumbuhkan sel dalam hidangan kultur “di bawah tekanan”. Pada hari Selasa 20 Mei, ia mempertahankan disertasinya di Departemen Teknik Mesin.
/ Nicole testerink
Para atlet di antara kita tahu dengan baik: ketika Anda membuat tubuh Anda menjadi kekuatan mekanis, otot Anda tumbuh, dan tulang Anda menjadi lebih kuat. Ilmuwan gerakan menggambarkan dampak kekuatan -kekuatan ini pada tingkat tubuh, tetapi banyak yang terjadi pada tingkat seluler juga.
Dan itulah yang menjadi fokus kandidat PhD Roel Kooi. Empat tahun lalu, ia meninggalkan Wageningen untuk trek PhD yang menantang di TU/E di Microsystems Research Group. Di sana, ia bekerja mengarahkan sel -sel tulang menggunakan silia magnetik. “Kekuatan mekanis menyebabkan sel mengirim semua jenis sinyal dan mengubah perilaku mereka. Pada akhirnya itulah yang memungkinkan otot dan tulang Anda tumbuh.”
Stres mekanis tidak hanya penting untuk menumbuhkan sel – sangat penting bagi sel apa pun untuk berfungsi dengan baik, Kooi menekankan.
“Anda dapat melihat ini dengan sangat jelas di tubuh pasien yang terbaring di tempat tidur, di mana banyak perubahan pada tingkat sel karena kurangnya gerakan. Atau pada astronot yang menghabiskan waktu yang lama di luar angkasa, di mana sel -sel mereka tidak lagi terpapar gravitasi. Jantung mereka memompa dengan tidak paksa, dan otot -otot mereka yang lain juga secara bertahap atrofi. Ini adalah spiral yang diturunkan.”
Mengganti sel ginjal yang sakit
Dalam beberapa tahun terakhir, kami telah memperoleh lebih banyak wawasan tentang kekuatan apa yang mempengaruhi sel -sel dalam tubuh dan bagaimana. Tapi mereplikasi mereka, itu cerita yang berbeda.
Namun, ini penting, Kooi menjelaskan. “Tentu saja, Anda ingin sel tumbuh dengan cara yang paling realistis ketika Anda menggunakannya dalam penelitian Anda. Stres mekanis menyebabkan sel -sel menghasilkan protein yang berbeda dan berperilaku berbeda sebagai hasilnya. Dan, pada gilirannya, menyebabkan mereka mengirim zat sinyal yang berbeda ke lingkungan mereka.”
Selain itu, Kooi dan rekan -rekannya ingin mengeksplorasi bagaimana mempengaruhi perilaku sel itu sendiri. “Misalnya, ketika Anda mencoba merangsang jaringan untuk memperbaiki dirinya sendiri. Atau jika Anda ingin mengarahkan diferensiasi sel induk ke dalam jenis sel tubuh tertentu, seperti tulang, otot jantung atau sel ginjal. Untuk jenis aplikasi biomedis semacam ini, kami mencari metode yang memungkinkan kami untuk mengendalikan sel sebagaimana mungkin.”
Dalam kelompok penelitian Profesor Jaap Den Toonder, banyak percobaan dilakukan dengan “silia” magnetik. Dengan rambut bergetar buatan ini, Den Toonder mengembangkan teknologi baru untuk mengendalikan kekuatan dan aliran di lab-mini, seperti organ-on-a-chip. Sampai sekarang, tidak mungkin untuk menumbuhkan sel pada substrat silia magnetik dan merangsangnya secara mekanis. Dan itu terbukti menjadi tantangan yang cukup, kata Kooi sambil tertawa.
Hutan Silia
“Silia terbuat dari polimer magnetik yang fleksibel. Kita dapat membuat pilar yang panjangnya 6 mikrometer dan berdiameter 400 nanometer, tetapi yang paling panjang adalah 23 mikrometer panjangnya dan dengan diameternya. di antara Silia, bukan di atasnya. Dan kepadatannya juga benar; Kalau tidak, itu berubah menjadi hutan silia yang kacau. ”
Platform ini, bersama dengan elektromagnet, membentuk dasar untuk pengaturan baru yang dikembangkan Kooi.
“Dalam sistem lab ini – nanomac (nano magnetic buatan silia) – kita sekarang dapat mengendalikan silia dengan presisi ekstrem. Seberapa cepat mereka bergerak, dengan seberapa banyak kekuatan, dan untuk berapa lama.”
Sel -sel ternyata tumbuh dengan baik pada substrat polimer – hasil yang menjanjikan. Tetapi karena frustrasinya, Kooi menemukan bahwa, dengan sel -sel yang termasuk dalam pengaturan, silia berhenti bergerak sama sekali.
“Biayanya sedikit waktu dan menggaruk kepala. Akhirnya, kami tahu itu karena lingkungan yang cairan. Kami dapat mengendalikan gerakan silia dengan sangat tepat dalam etanol, tetapi sel membutuhkan lingkungan berair. Dan itu terbukti merugikan mobilitas silia.”
Sihir yang sangat kecil
Dengan substrat hidrogel yang dimodifikasi, akhirnya berhasil. Jadi sekarang, untuk pertama kalinya, sel dapat dikultur dengan kontrol yang tepat berkat silia magnetik yang dapat diatur. Di bawah mikroskop, Kooi dapat mempelajari interaksi antara sel dan silia secara rinci, katanya dengan antusias.
“Kita dapat menumbuhkan sel-sel di antara pilar-pilar. Dan pada saat yang sama, kami bekerja pada pengaturan mikroskop yang memungkinkan kami untuk hidup memantau sel saat kami memindahkan silia. Butuh beberapa membingungkan untuk mendapatkan elektromagnet, sel-lab dan sel yang terlihat di bawah mikroskop pada saat yang sama.”
Jadi, bukti konsep sudah ada. Sekarang, Kooi berharap kandidat PhD baru dapat melanjutkan dengan optimasi dan aplikasi. Jenis Sel Lain – Kooi menggunakan sel tulang sebagai model – kekuatan dan interaksi lain.
“Teknik ini menawarkan banyak kemungkinan. Untuk studi kultur sel yang lebih realistis, dan untuk mengambil langkah lain menuju terapi regeneratif. Dan kemudian kita juga dapat mulai mengintegrasikannya dengan organ-on-a-chip untuk mendapatkan wawasan tentang pengembangan penyakit dan pengujian kemanjuran narkoba ini. Kecuali ini-hampir magis-Cilia mengarah pada kemungkinan yang lebih dan lebih banyak.”
PhD dalam gambar
Apa itu di sampul disertasi Anda?
“Representasi artistik dari platform dengan silia magnetik. Kami selalu melihatnya dari atas, tetapi di sini, Anda melihat pilar -pilar dari perspektif sel. Jenis seperti hutan silia.”
Anda berada di pesta ulang tahun. Bagaimana Anda menjelaskan penelitian Anda dalam satu kalimat?
“Saya mencoba membuat gambaran yang sangat rinci tentang bagaimana sel benar -benar berperilaku, dan bagaimana kita dapat mengendalikannya dari luar.”
Bagaimana Anda meledakkan uap di luar penelitian Anda?
“Secara harfiah. Saya telah memainkan saksofon sejak saya berusia sembilan tahun, dan jazz benar -benar urusan saya. Musik mengalihkan pikiran Anda dari banyak hal dan itu bisa sangat meditasi. Saya juga bermain di beberapa band, dan saya menemukan bahwa musik benar -benar menyatukan orang -orang; ini adalah pengalaman sosial yang menyenangkan.”
Tip apa yang ingin Anda terima sebagai kandidat PhD awal?
“Baca banyak, tanyakan banyak pertanyaan. Ketika saya pertama kali memulai, saya menghabiskan banyak waktu mencari tahu bagaimana cara menjalani proyek saya. Anda tidak memiliki solusi yang paling efisien segera. Jadi perlu diingat bahwa Anda tidak perlu menemukan kembali roda.”
Apa bab Anda berikutnya?
“Setelah sebelas tahun di universitas, aku ingin mengeksplorasi peluang di luar dunia akademisi. Lebih disukai di dalam bidangku sendiri.”
Kandidat PhD
Roel Cage, Departemen Teknik Mesin
Judul disertasi
Pengembangan Silia Buatan Magnetik untuk Stimulasi Mekanik Dinamis Sel Hidup
