Новое устройство регистрирует, воспринимает и манипулирует «мини-мозгами»

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 от 19 марта .

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 полагают, 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.

«Достижения, вызванные этим исследованием, откроют новые горизонты в том, как мы изучаем и понимаем мозг», — сказал доктор Колин Франц из AbilityLab Ширли Райан, соавтор статьи, который руководил тестированием кортикальных сфероидов. «Теперь, когда платформа 3D была разработана и утверждена, мы сможем проводить более целенаправленные исследования наших пациентов, восстанавливающихся после неврологической травмы или борющихся с нейродегенеративным заболеванием».

Юнсок Пак, научный сотрудник Северо-Западного университета и со-ведущий автор, добавил: «Это только начало совершенно нового класса миниатюрных трехмерных биоэлектронных систем, которые мы можем построить, чтобы расширить возможности области регенеративной медицины. Например, наше следующее поколение устройств будет поддерживать формирование еще более сложных нейронных цепей от мозга к мышцам и все более динамичных тканей, таких как бьющееся сердце ».