В лаборатории Нижегородского университета фундаментальной медицины реализуют проект по культивации искусственного мозга из биологического материала животных. В будущем ученые намерены использовать стволовые клетки человека для выращивания нейронов. Это позволит проводить тестирование новых медикаментов и индивидуально подбирать лечение для пациентов с заболеваниями центральной нервной системы, пишут «Известия».
В ходе эксперимента около двух тысяч нейронов помещают в специальную среду на микрочипе площадью один квадратный миллиметр, который оснащен сотней микроэлектродов под небольшим напряжением, регистрирующих потенциал клеток. Эти электроды формируют картину работы всех клеток и передают данные в виде изображения на экран. Внешне выращенный в пробирке мозг выглядит как хаотичная картина, мигающая фиолетовым и синим цветом, но на самом деле эти цвета отражают процесс передачи электрических импульсов между искусственными нейронами.
Ученые назвали свою разработку «мозгом на чипе». Этот искусственный орган развивается достаточно быстро, — всего за пять дней нейронные связи формируются полностью. Сейчас искусственный мозг способен выполнять лишь самые простые функции, однако, как утверждают исследователи, это в будущем позволит понять механизмы хранения, обработки и передачи информации в нейронных сетях.
Данное исследование значительно расширяет возможности медицины и нейробиологии, считают ученые. В частности, оно помогает разрабатывать оптимальные методы лечения и подбор препаратов для терапии болезней головного мозга и реабилитации после его травм. Все эксперименты сейчас проводятся на тканях и клетках, полученных из эмбрионов грызунов, но уже в дальнейшем планируется использовать человеческий материал.
Руководитель лаборатории нейроинженерии Университета Лобачевского, кандидат физико-математических наук Алексей Пимашкин отмечает, что будущая человеческая модель будет построена из стволовых клеток, которые будут получены путем биопсии, например, кожи пациента. Затем эти клетки методом генетического репрограммирования в лабораторной среде будут преобразованы в нейроны головного мозга, из которых сформируют сеть, содержащая миллиарды клеток. Это позволит наблюдать за динамикой искусственных нейросетей и изучать, как они обрабатывают информацию в различных условиях.
Перед учеными стоит задача изучить реакцию искусственной нейронной сети на изменение условий окружающей среды. Они планируют провести эксперименты, изменяя pH среды и уровень кислорода, чтобы выявить, как это влияет на поведение нейросетей. Также ученые намерены исследовать возможность восстановления нейронов у пациентов с нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера или Паркинсона.
Ранее исследователи ИТМО представили платформенную модель Вioframework, призванную расширить использование на производстве «лабораторий на чипе». Основной частью подобных лабораторий является микрофлюидное устройство с малыми объемами жидкости. В микрочипе происходит подготовка биологической пробы, ее выделение и анализ. Применение этой концепции сможет цифровизировать и автоматизировать биотехнологические процессы.
