نظم قسم علوم الحياة في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) بجامعة بغداد محاضرة بعنوان (التقنيات المغناطيسية والهيدروجيل في بقاء الخلايا العصبية وتعزيز وظيفتها) قدمتها التدريسية في القسم (د. اروى فائق جميل) على قاعة الندوات في القسم بحضور تدريسيي القسم وطلبة الدراسات العليا فيه.
وتهدف المحاضرة الى عرض للنتائج التي توصلت اليها التدريسية المبتعثة (د. اروى فائق) في بحثها للحصول على دراسة الدكتوراه حول تقنيات ابقاء الخلايا العصبية على قيد الحياة وتجديدها.
واستهلت المحاضرة ببيان ان الهدف الرئيس للطب التجديدي هو تحقيق ابقاء الخلية العصبية على قيد الحياة و اصلاحها حيث تعتبر الخلية العصبية اهدافا للإصابة والمرض في العديد من الحالات العصبية وعليه فان القضية الاولى في هذا السياق هي استخدام الهندسة الوراثية للخلايا العصبية باعتبارها منبرًا للاغراض البحثية لتعزيز فهمنا لبيولوجيا الأعصاب في الظروف الطبيعية ، والأمراض / الإصابات من جهة و للطب التجديدي لتعزيز وظائف الخلايا العصبية من جهة اخرى.
وبالرغم من إجراء مجموعة واسعة من المحاولات لتعزيز توصيل الجينات إلى الخلايا العصبية الأولية ، إلا أن هذه الخلايا لا تزال صعبة الهندسة الوراثية حيث تعتمد الطرق الحالية بشكل كبير على الوسائط الفيروسية التي لها اعتبارات تتعلق بالسلامة.اذ تحضى الجسيمات النانوية المغناطيسية (MNPs) حاليًا باهتمام كبير في الطب التجديدي ، بما في ذلك توصيل الجين غير الفيروسي مثلا بواسطة تقنية ال “magnetofection” ، أي عند استخدامها مع الحقول المغناطيسية التطبيقية. يهدف هذا المشروع إلى دراسة (1) تأثير اثنين من أجهزة المجال المغناطيسي المتداخلة أحادي المحور وذات المحور المتناوب على كفاءة ترنسفكأيشن الخلايا العصبية الأولية ، و (2) فحص سلامة المغناطيسية باستخدام الدراسات النسيجي والكهربية. من أجل القيام بذلك ، تم تأسيس بروتوكول قوي لاشتقاق الخلايا العصبية الأولية القشرية.
القضية الثانية هي أن ايصال الخلايا العصبية الى منطقة الضرر جراحياً يؤدي إلى احتمالية موت الخلايا العصبية المنقولة . بالإضافة إلى ذلك ، اعتمدت معظم الأبحاث الأساسية على الخلايا العصبية التي تنمو على ركائز “الصلبة” مثل البلاستيك ، والتي لا تحاكي الخصائص الميكانيكية للبيئة الدقيقة في الجسم الحي. لمعالجة هذه المحددات ، تم تنمية الخلايا العصبية القشرية الأولية في تركيبة هيدروجيل ثلاثية الابعاد “لينة” الكولاجين والتي يمكن أن تخدم على حد سواء كنظام حماية الخلية وركيزة, “neuromimetic”. تم تقييم سلامة البروتوكول المعمول به عن طريق التحليل الكهربية على العصبونات.
أثبتت النتائج التي توصلت إليها , اولا أن سلامة استخدام تقنية ال Magnetofection تعتمد على المجال المغنطيسي ، وفي الظروف المثلى ، كانت الخواص الكهربية للخلايا العصبية المهندسة وراثيا بواسطة الجسيمات النانوية طبيعية مقارنة بالخلايا العصبية الغير مهندسة وراثيا . وثانيا ، لقد أظهرت أن الهلاميات المائية الكولاجين يمكن أن تدعم نمو الخلايا العصبية في بيئة ثلاثية الابعاد 3Dويمكن إجراء دراسات الكهربية على الخلايا العصبية المزروعة في بناء ثلاثي الابعاد ؛ تم العثور على اختلافات صغيرة بين الخلايا العصبية نمت على المواد الصلبة واللينة. وأخيرا ، تم إظهار قابلية الهندسة الوراثية للخلايا العصبية داخل الهلاميات المائية باستخدام MNPs.
Magnetic assistive and hydrogel technology for enhanced survival and function of neurons
Arwa Faiq Al-Shakli
Neurons are the targets of injury and disease in many neurological conditions, and achieving neuronal survival/repair is a key goal for regenerative medicine. In this context, genetic engineering of neuronal cells offer a platform for (i) basic research to enhance our understanding of neuronal biology in normal, disease/and injury conditions; and (ii) for regenerative medicine to enhance the functionality of neurons. Although, a wide range of attempts have been made to promote gene delivery to primary neurons, these cells are still difficult to genetically engineer, and current methods rely heavily on viral vectors which pose safety considerations. Magnetic nanoparticles (MNPs) are currently of great interest in regenerative medicine including for non-viral gene delivery by the ‘magnetofection’ strategy, i.e when used with applied magnetic fields. This project aimed to examine (i) the influence of two novel uniaxial and biaxial oscillating magnetic field devices on primary neuronal transfection efficiency, and (ii) examine the safety of magnetofection using histological and electrophysiological studies. In order to do this, a robust protocol to derive primary cortical neurons was first established.
A second issue is that surgical delivery of neuronal cells results in low survival. Additionally, most basic research has relied on neurons grown on ‘hard’ substrates such as plastic, which do not mimic the mechanical properties of the in vivo microenvironment. To address these limitations, primary cortical neurons were grown in a 3-dimensional ‘soft’ collagen hydrogel construct which can serve both as a protective cell delivery system and a ‘neuromimetic’ substrate. The safety of the established protocol was evaluated by electrophysiological analyses on neurons.
My findings demonstrate that the safety of magnetofection is magnetic field dependent, and at optimal conditions, electrophysiological properties of the nano-engineered neurons were normal. Secondly, I have shown that collagen hydrogels can support the 3D growth of neurons and electrophysiological studies can be carried out on the construct neurons; small differences were found between neurons grown on hard and soft materials. Finally, the amenability of genetic engineering of neurons within hydrogels using MNPs has been shown.
