团队创造出可以修复受损神经细胞的纳米磁铁

神经元是大脑和神经系统的基本单位，这些细胞负责接收来自外部世界的感官输入，向我们的肌肉发送运动指令，并在其间的每一步转换和传递电信号。神经元，也称为神经细胞，由三个主要部分组成：细胞体、树突和轴突——一种细长的延伸部分，负责与其他细胞通信。

当神经元因退行性疾病或受伤而受损时，它们几乎没有自愈能力(如果有的话)。因此，恢复神经网络及其正常功能是组织工程领域的一项重大挑战。

Bar-Ilan大学Kofkin工程学院的OritShefi教授和博士生ReutPlen开发了一种新技术，利用纳米技术和磁操作来克服这一挑战，这是创建神经网络的最具创新性的方法之一。他们的研究最近发表在《高级功能材料》杂志上。

为了创建神经网络，研究人员将磁性氧化铁纳米粒子注入神经祖细胞，从而将细胞转变为独立的磁性单元。

接下来，他们将已知会发育成神经元的祖细胞暴露在多个预先调整的磁场中，并远程引导它们在模仿身体组织自然特性的三维和多层胶原蛋白基质中的运动。通过这些磁性操作，他们创造了三维“迷你大脑”——模仿哺乳动物大脑中发现的元素的功能性和多层神经网络。

在胶原蛋白溶液凝固成凝胶后，细胞根据远程施加的磁场保持在原位。几天之内，细胞发育成成熟的神经元，形成延伸和连接，表现出电活动并在胶原凝胶中茁壮成长至少21天。

“这种方法为创建定制规模的3D细胞结构铺平了道路，可用于体内外的生物工程、治疗和研究应用，”博士说。学生ReutPlen。

“由于我们创建的3D神经网络模拟了人类大脑组织的先天特性，因此它们可以用作实验性的‘迷你大脑’，并用作研究药物、研究组织间通信的模型，并作为一种方法为工程和生物组件之间的接口构建人工网络。”

“此外，该模型提出了一个有趣的前景，即注射这种含有液态细胞的凝胶，将其引入神经系统，并在磁力的帮助下将细胞组织成正确的结构。使用的优势这种方法是磁场可以以非侵入性的方式影响位于身体深处的细胞，”Plen补充道。

将磁性颗粒插入细胞，尤其是神经细胞，引发了有关未来医学应用安全性的问题。“安全问题很重要，我们对此进行了大量思考和研究，”OritShefi教授指出。

“第一步，我们测试了不同颗粒对培养细胞健康的影响。此外，我们用生物相容性蛋白质包被磁性颗粒。涂层在磁性元件和细胞之间形成缓冲，并促进纳米颗粒渗透.重要的是，纳米颗粒的组成部分铁自然存在于体内，因此它不是外来物质。此外，我们的实验室已经对相同的磁性颗粒凝胶进行了测试，发现在动物模型中使用是安全的。”

美国食品和药物管理局已经批准将磁性纳米粒子用于诊断和成像目的以及严重伤害的情况。Bar-Ilan研究小组采取的步骤为推进该技术以供未来临床使用创造了机会。“这仅仅是个开始，”Shefi和Plen说。“我们创造‘迷你大脑’的新方法为寻找各种神经损伤的解决方案打开了大门，这将有望改善众多患者的生活质量。”