Ученые создали мягкое электронное устройство для записи активности 91 процента поверхности лабораторных мини-мозгов
Американские ученые совершили прорыв в области нейробиологии, создав инновационное мягкое электронное устройство, способное окутывать выращенные в лаборатории мини-мозги и регистрировать электрическую активность практически по всей их поверхности. Разработанная исследователями из Северо-Западного университета и Центра реабилитации Ширли Райан, эта трехмерная конструкция позволяет снимать сигналы с 91 процента нейронального органоида, что преодолевает ключевое ограничение современных методов изучения этих тканей.
Человеческие нейрональные органоиды, выращиваемые из стволовых клеток, все чаще используются для моделирования развития мозга и различных заболеваний. Они способны формировать взаимосвязанные нейронные цепи и генерировать скоординированные электрические ритмы. Однако большинство существующих инструментов для записи активности являются жесткими и обеспечивают контакт лишь с ограниченным числом точек, что позволяет ученым получать данные лишь с малой части поверхности. Это несоответствие форм мешало наблюдать за распространением сигналов по всей сети, оставляя без внимания важные синхронизированные паттерны и масштабное взаимодействие между нейронами.
Новая разработка решает эту проблему благодаря способности адаптироваться к изогнутой форме органоида. Устройство, изначально представляющее собой плоскую гибкую решетку, трансформируется в трехмерный каркас, который мягко обволакивает сферическую ткань, подобно тому, как раскладывается объемная книга-панорама. Этот процесс управляемого механического складывания позволяет электронике соответствовать кривизне органоида, не повреждая его.
Сетчатый каркас содержит до 240 индивидуально адресуемых микроэлектродов диаметром всего 10 микрон, что сопоставимо с размером одной клетки. Поры в структуре обеспечивают свободный доступ кислорода и питательных веществ к тканям, поддерживая их жизнеспособность. «Органоид должен дышать, — пояснил Джон А. Роджерс, руководивший разработкой устройства. — Оборудование не должно значительно ограничивать его или препятствовать метаболическим процессам».
Когда команда тестировала системы всего с восемью или 32 электродами, записи были ограниченными и локальными. Благодаря полному массиву из 240 каналов исследователи смогли наблюдать синхронизированные осцилляторные волны, охватывающие весь органоид. Поскольку положение каждого электрода фиксируется в трех измерениях, система способна создавать детальные карты активности. Платформа также может подавать электрические стимулы и успешно использоваться для тестирования лекарств. В ходе экспериментов воздействие 4-аминопиридином усиливало сигнализацию, в то время как ботулинический токсин нарушал скоординированную работу нейронов, что доказывает способность метода регистрировать значимые изменения в живых нейросетях.
Кроме того, ученые продемонстрировали, что изменение дизайна решетки может влиять на форму роста органоидов, позволяя получать несферические геометрии, такие как кубы и шестигранники. Эта возможность открывает путь к модульной сборке различных типов тканей для будущих исследований. По мере того как органоиды становятся все более важным инструментом нейронауки и разработки лекарств, подобные системы мониторинга помогут точнее определять, действительно ли экспериментальные терапии восстанавливают скоординированную функцию мозга.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.
Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/uchenye-sozdali-mjagkoe-jelektronnoe-ustrojstvo-dlja-zapisi-aktivnosti-91-procenta-poverhnosti-laboratornyh-mini-mozgov/