Команде из Оксфордского института удалось сделать синтетические биоинспирированные нейроны, стопроцентно сделанные из мягеньких и гибких биоматериалов, способные стремительно передавать химические сигналы на сантиметровые расстояния. В первый раз сделанные в лаборатории, эти искусственные клеточки в один красивый денек могут быть применены для разработки синтетических тканей для восстановления органов либо для исцеления нейродегенеративных болезней.
Исследования искусственных нервных клеток идут полным ходом, и нескольким командам уже удалось сделать синтетические нейроны, которые могут вести взаимодействие с нервной системой человека. Эти нейроны, которые ведут себя аналогично биологическим нейронам, оказались очень действенными в экспериментальных исследовательских работах по оценке их возможности принимать и передавать нервные импульсы. Эти инициативы основаны на электрических схемах и больше похожи на крохотные компьютерные чипы, чем на людские нейроны.
Синтетические нейроны, разработанные доктором Хаганом Бейли и его сотрудниками из Оксфордского института, еще поближе к реальным нейронам. Сделанные из гидрогеля, они были разработаны с внедрением открытого командой процесса, при котором водные капли могут быть соединены липидными бислоями, образуя сети; белковые поры в бислоях разрешают каплям разговаривать вместе и с окружающей средой.
Нейроны, реагирующие на свет
Нейроны – это клеточки, которые передают нервные импульсы. Нервный импульс проходит от тела клеточки по аксону к синапсу. Потому нейроны владеют 2-мя физиологическими качествами: возбудимостью – способностью реагировать на раздражители и преобразовывать их в нервные импульсы – и проводимостью – способностью передавать импульсы. Синапс – это область контакта меж 2-мя нейронами (либо меж нейроном и иной клеточкой); когда нервные импульсы добиваются его, он вызволяет хим соединения, именуемые нейротрансмиттерами, для передачи инфы примыкающей клеточке.
Потому при конструировании искусственных нейронов принципиально воспроизвести возбудимость и проводимость био нейронов. Синтетические нейроны, предложенные командой Бэйли, состоят из аква капель (в нанолитрах) и гидрогелевых волокон, соединенных меж собой липидными бислоями. Поперечник всякого нейрона составляет около 0,7 мм, что приблизительно в 700 раз больше людского нейрона, поперечник которого варьируется от 5 до 120 мкм зависимо от типа, а длина добивается 25 мм.
Подобно естественным клеточкам, эти синтетические нейроны выделяют нейротрансмиттеры из собственных терминалов, которые запускают следующие реакции. Передача осуществляется на уровне липидного бислоя при помощи протонных насосов, приводимых в действие светом, и опосредуется ионпроводящими белковыми порами. На практике, как нейрон подвергается действию света, белки начинают откачивать ионы водорода (H+) из клеточки; эти ионы потом передвигаются по нейрону, перенося электронный сигнал. Как они добиваются конца нейрона, они переносят аденозинтрифосфат (АТФ) к близкорасположенной капельке воды.
Напомним, что в организме АТФ обеспечивает нейроны энергией, нужной для перемещения синаптических везикул по аксонам (хим энергия, обеспечиваемая АТФ, преобразуется в механическую энергию).
На пути к разработке нейронных имплантатов последующего поколения
Исследователи докладывают о очень высочайшей скорости передачи данных – может быть, даже резвее, чем обмены, наблюдаемые в настоящих нейронах. Потом они попробовали сгруппировать несколько нейронов параллельно друг дружке, чтоб сформировать искусственный нерв. Они провели опыт с внедрением 7 нейронов, цель которого заключалась в одновременной передаче нескольких сигналов. “Объединив несколько нейронов в синтетический нерв, мы проявили, что разные сигналы могут распространяться сразу по параллельным аксонам, передавая таковым образом пространственно-временную информацию”, — пишут они в собственной публикации.
Бэйли считает, что эти активируемые светом синтетические нейроны могут быть применены для одновременной доставки нескольких типов фармацевтических средств, к примеру, для наиболее резвого исцеления ран. В любом случае эти 1-ые результаты весьма обнадеживают: такие синтетические нервишки могут сыграть свою роль в нейронных имплантатах (искусственная сетчатка глаза, кохлеарные имплантаты и т.д.), мягеньких ботах и вычислительных устройствах последующего поколения. А именно, они могут проложить путь к разработке неинвазивных интерфейсов “мозг-машина” и даже новейших способов исцеления нейродегенеративных болезней (заболевания Альцгеймера, Паркинсона, Шарко и т.д.).
Но ранее остается несколько заморочек. А именно, эта искусственная нервная система обязана повсевременно снабжаться нейротрансмиттерами, как в истинной нейронной сети. Нейротрансмиттеры синтезируются в пресинаптическом элементе при помощи предшественников и специфичных ферментов; потом они хранятся в везикулах, которые освобождают в среднем от 1 000 до 2 000 этих молекул в синаптическое место любой раз, когда приходит потенциал деяния. Без данной нам возможности искусственные нейроны, сделанные в лаборатории Бэйли, могут работать в текущее время лишь в течение нескольких часов.
Источник
Читайте далее:
