Команда ученых создала первую в своем роде 3d модель нервной ткани

Исследователи из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне успешно использовали стволовые клетки для инженерии живой биогибридной нервной ткани и разработки трехмерных моделей нейронных сетей в надежде получить лучшее понимание того, как работает мозг и эти сети.

Первый автор, Гелсон Паган-Диаз-Диаз, сравнивает полученную ткань с компьютерным процессором, который обеспечил основной принцип для современного суперкомпьютера. Паган-Диас является аспирантом группы профессора Рашида Башира на кафедре биоинженерии в инженерном колледже Грейнджера. Башир также является деканом колледжа. 

"Способность формировать трехмерную ткань, состоящую из нейронов, может дать нам возможность разрабатывать тканевые модели для скрининга лекарственных средств или обрабатывающие устройства для биологических компьютеров", - говорит автор исследования Паган-Диас.

Мозг сложно изучать в реальном человеке, но возможность понять, как эти сети развиваются, используя трехмерную модель вне тела, обещает дать исследователям новый инструмент, чтобы лучше понять, как он работает. Эти модели помогут понять, как формируются аномалии, например, что приводит к таким заболеваниям, как болезнь Альцгеймера.

Команда смогла создать трехмерную геометрию живой ткани, состоящей из нейронов. Эти ткани могут быть использованы для изучения сложных форм поведения, происходящих в головном мозге, и того, как эти ткани реагируют на новые разрабатываемые лекарства. Это также может означать меньшую зависимость от животных для тестирования этих препаратов в будущем.

"Если мы сможем контролировать, как эти нейроны общаются друг с другом, если мы сможем обучать их с помощью оптогенетики, если мы сможем их программировать, то мы потенциально можем использовать для выполнения инженерных функций. В будущем мы надеемся, что, имея возможность проектировать эти нервные ткани, мы сможем начать реализовывать биологические процессоры и биологические компьютеры, подобные мозгу" ", - объясняет профессор Башир.

В новом исследовании команда разработала имитаторы нервной ткани, которые могут формировать различные формы . Команда использовала гидрогели и фибрин, чтобы сделать структуры миллиметрового или сантиметрового масштаба, которые не имеют жестких каркасов и могут быть отлиты в несколько желаемых форм.

"Это пучок из сотен и тысяч микрон клеток, который содержит много популяций с генетическим составом, подобным тканям in vivo", - объяснил Паган-Диас. "Поскольку мы продолжаем развивать эти методы биофабрикации, мы должны быть в состоянии захватить много явлений, которые происходят в естественных условиях. Как только мы сможем это доказать, мы сможем имитировать морфологию, которую мы видим в мозге. Как только мы покажем, что ткань, сконструированная вне тела, подобна ткани в теле, тогда мы можем снова и снова создавать ее."

Помимо тестирования лекарств, команда особенно заинтересована в том, чтобы иметь возможность перепросмотра того, как эти сети могут развивать обучение и память.

"Возможность изготовления этих тканевых имитаторов вне тела позволяет нам очень подробно охарактеризовать и изучить их электрическую активность. Широкий набор правил проектирования благодаря трехмерной структуре и формам дает вам гораздо больше экспериментальной свободы и открывает новые направления исследований в области нейронауки, медицины и инженерных приложений", - подчеркнул Паган-Диас.