Крошечная биоэлектронная машина готова раскрыть тайны мозга

Недавно разработанная технология позволяет создавать небольшие устройства, которые обладают базовыми функциями отдела мозга приоткрывая завесу тайны над формированием и эволюцией "биологического компьютера".

Крошечная биоэлектронная машина готова раскрыть тайны мозга

Группа ученых во главе с исследователями из Северо-Западного университета, Ширли Райан AbilityLab и Университета Иллинойса в Чикаго (UIC) разработала новую технологию, которая обещает улучшить понимание того, как развивается мозг, и предлагает ответы на вопросы по восстановлению мозга после нейротравмы. и нейродегенеративные заболевания.

Их исследование — первое, в котором самые сложные трехмерные биоэлектронные системы сочетаются с высокоразвитыми трехмерными нейронными культурами человека. Цель состоит в том, чтобы позволить точные исследования того, как цепи человеческого мозга развиваются и восстанавливаются in vitro. Это исследование стало статьёй на обложке журнала Science Advances.

Кортикальные сфероиды, использованные в исследовании, похожие на "мини-мозг", были получены из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток. Используя систему трехмерного нейронного интерфейса, которую разработала команда, ученые смогли создать «мини-лабораторию в тарелке», специально предназначенную для изучения мини-мозга и одновременного сбора различных типов данных. Ученые установили электроды для регистрации электрической активности. Они добавили крошечные нагревательные элементы, чтобы либо согреть мозговые культуры, либо, в некоторых случаях, намеренно перегреть культуры, чтобы подвергнуть их стрессу. Они также включали крошечные зонды, такие как кислородные датчики и маленькие светодиодные фонари, для проведения оптогенетических экспериментов. Например, они ввели в клетки гены, которые позволили им контролировать нервную активность с помощью разноцветных световых импульсов.

Затем эта платформа позволила ученым проводить комплексные исследования тканей человека без непосредственного участия людей или проведения инвазивных тестов. Теоретически любой человек может пожертвовать ограниченное количество своих клеток (например, образец крови, биопсию кожи). Затем ученые могут перепрограммировать эти клетки, чтобы создать крошечный сфероид мозга, который имеет генетическую идентичность человека. Авторы считают, что, объединив эту технологию с персонализированным подходом к медицине с использованием культур мозга, полученных из стволовых клеток человека, они смогут быстрее собирать идеи и создавать более эффективные и новые методы лечения.

Токовые электроды для культур тканей являются двумерными, плоскими и не могут соответствовать сложным структурным схемам, встречающимся в природе, например, таким, как в человеческом мозге. Более того, даже когда система является трехмерной, чрезвычайно сложно включить более одного типа материала в небольшую трехмерную структуру. Однако благодаря этому прогрессу целый класс устройств трехмерной биоэлектроники был адаптирован для области регенеративной медицины.

В качестве следующего шага ученые будут использовать устройства, чтобы лучше понять неврологические заболевания, протестировать лекарства и методы лечения, которые имеют клинический потенциал, и сравнить различные модели клеток, полученные от пациентов. Это понимание затем позволит лучше понять индивидуальные различия, которые могут объяснить широкий разброс результатов, наблюдаемых при неврологической реабилитации.

Читайте также

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

В MIT создали умную ткань, которая чувствует собственную форму и отслеживает движения человека

Человекоподобный робот Digit 5 сможет работать более 20 часов в сутки благодаря девятиминутной зарядке

Человекоподобный робот Digit 5 сможет работать более 20 часов в сутки благодаря девятиминутной зарядке

Учёные создали батарею по образцу кишечника человека — она вырабатывает электричество с помощью бактерий

Учёные создали батарею по образцу кишечника человека — она вырабатывает электричество с помощью бактерий

В МАИ создали передовой двигатель для малой авиации

В МАИ создали передовой двигатель для малой авиации

Ультразвуковая обработка вдвое повышает прочность металла

Ультразвуковая обработка вдвое повышает прочность металла

В Китае представили четырёхметрового робота Neo1, способного поднимать до 500 кг

В Китае представили четырёхметрового робота Neo1, способного поднимать до 500 кг

Учёные создали жидкость с памятью — она может стать «мозгом» роботов без электроники

Учёные создали жидкость с памятью — она может стать «мозгом» роботов без электроники

Япония меняет пластиковую упаковку для еды на древесные пластины

Япония меняет пластиковую упаковку для еды на древесные пластины

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Почему невозможно создать абсолютно точную карту Земли, Луны или Марса?

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Обзор iPhone 18 Pro Max: Apple A20 Pro, переменная диафрагма и лучшая автономность в истории серии

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Оптические иллюзии Парфенона оказались мифом

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Китайские космонавты собрали урожай риса на орбите и начали выращивать второе поколение

Китайские космонавты собрали урожай риса на орбите и начали выращивать второе поколение

Гибель звезды помогла астрономам обнаружить блуждающую чёрную дыру вдали от центра галактики

Гибель звезды помогла астрономам обнаружить блуждающую чёрную дыру вдали от центра галактики

Tesla показала «летающий» Roadster, но история подобных автомобилей заставляет сомневаться в обещаниях Маска

Tesla показала «летающий» Roadster, но история подобных автомобилей заставляет сомневаться в обещаниях Маска

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить

Учёные смоделировали ядерный взрыв против астероида: почти всё небесное тело удалось разрушить