Технология графена созревает мозговые органоиды быстрее, может разблокировать нейродегенеративные идеи

Исследователи из Калифорнийского университета Сан-Диего Санфорд Институт стволовых клеток разработали новый метод стимулирования и зрелых органоидов мозга человека с использованием графена, листа углерода толщиной один атом.

Опубликовано в Природная связьисследование вводит опосредованную графеном оптическую стимуляцию (Gramos), безопасный, негенетический, биосовместимый, без ущерба для влияния нейронная деятельность в течение нескольких дней до недель. Подход ускоряет развитие органоидов мозга, особенно важно для моделирования возрастных состояний, таких как болезнь Альцгеймера, и даже позволяет им контролировать роботизированные устройства в режиме реального времени.

“Это изменение игры для Исследование мозга»сказал Элиссон Муотри, доктор философии, автор -корреспондент, профессор педиатрии и директор Института стволовых клеток Сан -Диего Санфорда Института Орбитальных исследовательских исследований стволовых клеток.

“Теперь мы можем ускорить созревание органоидов мозга, не изменяя их генетический кодоткрытие двери для исследований заболеваний, интерфейсов мозга и металлов и других систем, объединяющих жизнь Клетки мозга с технологиями “.

Более разумный способ вырастить мозг в блюде

Органоиды головного мозга-тримерные модели, полученные из стволовых клеток человеческого мозга-ценны для изучения неврологические заболеванияно они обычно взрослеют медленно, ограничивая их полезность для условий, которые развиваются на протяжении десятилетий. До сих пор методы стимуляции либо требовали генетической модификации (оптогенетики), либо прямых электрических токов, которые могут повредить хрупкие нейроны.

Gramos работает, используя уникальные оптоэлектронные свойства Graphene для преобразования света в мягкие электрические сигналы, которые поощряют нейроны подключаться и общаться. Эта стимуляция имитирует экологический вклад, который реальные мозги получают, приводя к развитию без инвазивных методов.

«Используя графен и свет, мы смогли подтолкнуть нейроны для формирования связей и быстрее созревать без традиционных оптогенетических инструментов»,-сказала Елена Молоканова, доктор философии, совместный автор и главный исполнительный директор и изобретатель технологии Gramos в Neurano Bioscience. «Это все равно, что дать им мягкий толчок к росту быстрее-вариант для изучения возрастных заболеваний в блюде».

Ключевые результаты исследования включают:

• Более быстрое развитие: регулярное использование грамосов помогало мозговым органоидам составлять более прочные связи, более организованные сети и более продвинутую связь между нейронами – даже в моделях, сделанных у пациентов с болезнью Альцгеймера.
• Безопасно и биосовместимо: графен не навредил нейронам или органоидной структуре, даже в течение длительных периодов.
• Усиленное моделирование заболеваний: органоиды на ранней стадии Альцгеймера выявили функциональные различия в сетевой подключении и возбудимости при стимулировании.
• Роботизированная интеграция: графен-стимулированные органоиды были связаны с простым роботом в закрытой петле обратной связи, что позволило ему реагировать на визуальные сигналы.

От лаборатории до исследования Альцгеймера и за его пределами

Поскольку стимуляция ускоряет нейронное созревание, исследователи могут изучать прогрессирование заболевания раньше и в более физиологически значимом контексте. Это может улучшить временные рамки тестирования на наркотики и дать новое представление о том, как такие заболевания, как Альцгеймер, альтернативная схема мозга.

«Наша технология создает критический пробел в исследованиях органоидов»,-сказал Алекс Савченко, доктор философии, автор соучредителей и Директор компании Нанотул биологии. «Он предлагает надежный, повторяемый способ активации нейронов, который может трансформировать как фундаментальные нейробиологии, так и трансляционные исследования».

Мозг встречает машину

Органины мозга, связанные с графеном, становятся реагирующими на окружающую среду и могут изменить свои нейрональные сети в ответ на свет. Эта приобретенная нейропластичность предлагает огромное преимущество перед компьютерными чипами в будущих приложениях искусственного интеллекта (ИИ), улучшая способность систем ИИ решать сложные, непредвиденные проблемы и обеспечивая большую толерантность к разлому и надежность в критических приложениях.

В поразительном подтверждении концепции команда соединила графен мозговые органоиды к роботизированной системе, оснащенной датчиками. Когда робот обнаружил препятствие, он послал сигнал для стимуляции органоида, который затем генерировал нейронную картину, инициирующую робота, чтобы изменить курс – набрать петлю менее чем за 50 миллисекунд.

Несмотря на то, что эта интеграция намекает на будущие нейро-биогибридные системы, все еще далеко от сознательных машин, где живая нейронная ткань и робототехника работают вместе для продвинутых протезирования, адаптивных интерфейсов или даже новых форм вычислений.

Это исследование является важным шагом к разблокировке потенциала графена в нейробиологии, нанотехнологиях и нейроинженерии. Технология может привести к новым способам соединения все более сложных мозговых тканей друг с другом-и даже самому мозгу.

Способность контролировать и ускорять развитие органоидов головного мозга открывает дверь для использования их в качестве мощных моделей для тестирования терапии для нейродегенеративных и развивающихся заболеваний мозга, где поврежденные связи могут нарушить способность мозга обрабатывать и реагировать на информацию.

Помимо исследований заболеваний, подход может быть адаптирован для тканевой инженерии, предлагая неинвазивный, точный способ стимулировать другие виды тканей, выращенных в лаборатории. И, связывая живые нейронные сети с машинами, исследователи могут выяснить, как адаптивность и обучение мозга могут улучшить компьютеры и робототехники – с возможными будущими приложениями в искусственном интеллекте.

«Это только начало», – сказал Муотри. “Сочетание универсальности и мозга графена органоид Биология может переопределить то, что возможно в нейробиологии, от понимания мозга до создания совершенно новых технологических парадигм ».