Интерфейс мозг-компьютер — это не мечта! Новый проводящий каркас из гидрогеля поддерживает развитие изолированных клеток головного мозга

Интерфейсы мозг-компьютер (BCI)Это горячая тема в последние годы.В дополнение к использованию сигналов мозга для управления работой машин, BCI может также улучшить способ мониторинга активности нервной системы и помочь в разработке новых методов лечения связанных заболеваний. Однако металлы являются не очень дружественными материалами для мозга.Они не только тверды, но и неспособны воспроизвести физическую среду, необходимую для нормального роста клеток мозга.Поэтому то, как обращаться с электродами (электродами) стало серьезным препятствием в разработке устройств BCI.

В последнем исследовании группа Гарвардского университета и Массачусетского технологического института разработала новый тип проводящего гидрогелевого каркаса, который не только имитирует мягкое пористое состояние мозговой ткани, но и поддерживает клетки-предшественники нервных клеток человека (NPC) растут и дифференцируются во множество различных типы клеток головного мозга. Исследователи считают, что этот новый тип каркаса может не только помочь в разработке имплантируемых устройств BCI, но также может быть использован для изучения формирования нейронных сетей человека в лабораторных условиях и имеет широкий потенциал применения, ожидающий изучения.

Делаем проводящие гидрогели лучше для выживания клеток

Команда впервые создала электрод на основе гидрогеля в 2021 году. Хотя он уже достаточно эластичен, чтобы сделать электрод более совместимым с тканью мозга, команда решила пойти дальше и попытаться интегрировать в электрод живые клетки мозга. Чтобы сделать проводящий гидрогель более комфортным местом для жизни клеток, исследователи сначала улучшили производственный процесс, чтобы каркас образовал пористую структуру, обеспечивающую достаточную площадь поверхности для роста клеток, а затем разработали 4 новых состава гидрогеля, надеясь, чтобы найти более подходящий.Сочетание роста и развития нервных клеток.

После ряда испытаний команда обнаружила, что в четырех новых составах гидрогеля: вязкоупругом, эластичном, мягком и твердом, NPG, выращенные на вязкоупругом каркасе, могут не только образовывать сеть решетчатой структуры, но и дифференцироваться в несколько типов клеток после пяти. недели астроциты, отвечающие за физически и метаболически поддерживающие нейроны, также образовывали при росте в них характерные длинные выпячивания, причем с увеличением количества проводящего материала в геле значительно увеличивались.

Кроме того, в каркасе также присутствуют олигодендроциты (олигодендроциты), которые продуцируют миелиновую оболочку для изоляции аксонов нейронов.Общий миелин и фрагменты миелина длиннее, а толщина миелина увеличивается, когда в геле присутствует больше проводящего материала.

На аксонах нейронов формируется миелиновая оболочка.

Исследователи полагают, что NPC могут быть успешно дифференцированы в различные типы клеток головного мозга внутри каркаса, подтверждая, что проводящий гидрогель действительно обеспечивает подходящую среду для роста in vitro, учитывая способность реплицировать миелиновую оболочку на нейронных аксонах в живой модели. Формирование всегда было сложной задачей, и это инновационное исследование, объединяющее материаловедение, биомеханику и тканевую инженерию, представляет собой большой прогресс.

В дополнение к открытию нового способа создания более эффективных электродов и устройств BCI, которые более органично вписываются в ткань мозга, модель, разработанная командой, также может быть использована для ускорения поиска эффективных методов лечения неврологических заболеваний, и команда планирует продолжать исследования проводящих гидрогелевых каркасов и дальнейшее изучение того, как различные электрические стимулы влияют на различные типы клеток, надеется однажды создать устройства, которые помогут пациентам с неврологическими и физиологическими проблемами восстановить функцию.

Дополнительная литература: Новый прорыв в исследованиях стволовых клеток!Культивируемые клетки сетчатки также нормально общаются.

Использованная литература:
1. Передовые медицинские материалы, 2022 г.,https://doi.org/10.1002/adhm.202202221
2. https://wyss.harvard.edu/news/a-soft-stimulating-scaffold-supports-brain-cell-development-ex-vivo/