Nowy poziom kontrolowania neuronalnych połączeń
Tradycyjne metody hodowli sieci neuronalnych, takie jak organoidy mózgowe, pozwalają co prawda na obserwowanie aktywności komórek nerwowych, lecz nie umożliwiają precyzyjnego sterowania ich wzajemnym “okablowaniem”. BioConNet przeciwdziała temu ograniczeniu poprzez wykorzystanie mikrofluidyki i odlewanych struktur z biozgodnych polimerów, które fizycznie kierują neurony do wybranych miejsc na płytce hodowlanej.
Badacze projektują je tak, by komórki nie były zamknięte w ścisłych kanałach, jak w wielu mikrofluidycznych urządzeniach. Zamiast tego mają one samodzielnie organizować się w obrębie wyznaczonego obszaru. Dzięki temu BioConNet jest systemem otwartym i skalowalnym, który zachowuje jednocześnie zdolność do bardzo precyzyjnych połączeń między neuronami.
Czytaj też: System wizyjny inspirowany mózgiem rozkłada dotychczasowe technologie na łopatki
Jednym z głównych celów projektu było odwzorowanie warunków biologicznych charakterystycznych dla ludzkiej kory mózgowej, czyli struktury, która odpowiada za funkcje poznawcze i stanowi ponad 80 % masy ludzkiego mózgu. By to osiągnąć, zespół musiał zadbać nie tylko o kierowanie neuronami, ale i o właściwe wsparcie oraz stabilizację całej sieci.
Najważniejszym aspektem okazało się włączenie komórek glejowych do hodowli razem z neuronami. Glej pełni w mózgu rolę strukturalnego i metabolicznego wsparcia, tworząc rusztowanie tkanki. Poza tym warunkuje lepsze właściwości elektryczne sieci neuronowej. Zastosowanie komórek glejowych poprawiło adhezję neuronów do podłoża i znacząco przybliżyło właściwości wyhodowanej sieci do tych występujących in vivo.
Platforma do badań chorób i analiz molekularnych
BioConNet nie służy wyłącznie obserwacji połączeń między neuronami. Ze względu na swoje otwarte, duże środowisko hodowli, system umożliwia prowadzenie złożonych analiz transkryptomicznych, proteomicznych i funkcjonalnych. To otwiera drogę do badania molekularnych mechanizmów stojących za normalnym rozwojem sieci, jak również tymi, które zostają zaburzone w chorobach neurodegeneracyjnych.
Czytaj też: Ultracienki implant mózgowy BISC może zrewolucjonizować nasze interakcje z systemami AI
Ponadto model pozwala na elastyczne modyfikowanie składu komórkowego, kierunku wzrostu wypustek nerwowych oraz formowania synaps. Taka elastyczność oznacza, iż BioConNet nadaje się zarówno do podstawowych badań nad rozwojem układu nerwowego, jak i do testowania, jak różne warianty genetyczne wpływają na funkcjonowanie sieci i ich podatność na dysfunkcje. Autorzy projektu chwalą się czymś jeszcze: wszystkie elementy technologii BioConNet są dostępne jako open-source, co ma przyspieszyć rozwój badań nad mózgiem na całym świecie.
Źródło: Advanced Healthcare Materials