Ученые впервые создали 3D-модель нервной системы на основе стволовых клеток

Исследователи из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне сумели создать живую биогибридную нервную ткань из стволовых клеток, чтобы разработать трехмерную модель нейронных сетей. Это поможет ученым лучше понять работу мозга и нейросетей. Статья об их работе опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Science.

Изучить функционирование головного мозга на живых людях сложно, поэтому создание подобных моделей невероятно важно для ученых. Это дает возможность, например, изучить процессы формирования нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Для создания трехмерной модели нервной ткани ученые использовали гидрогели и фибрин — белок, составляющий основу тромбов при свертывании крови. Эти материалы позволяют сформировать структуры миллиметрового и сантиметрового масштабов произвольной формы. Активируется такая искусственная нервная система под воздействием синего света. Использование подобных структур поможет ученым анализировать сложные формы поведения в головном мозге и хотя бы частично отказаться от экспериментов на животных.

Созданные учеными модели содержат в себе сотни и тысячи нейронов, имитирующих популяции клеток, которые есть в живых организмах. «Развивая методы биопроизводства [подобных структур], мы можем уловить множество процессов, проходящих in vivo, — говорит один из авторов исследования Желсон Паган-Диас. — Как только мы сможем это доказать, мы будем способны имитировать морфологию мозга».

Применение моделей, созданных учеными, не ограничивается изучением нейронных процессов вне живых организмов. «Если мы сможем контролировать взаимодействие этих нейронов друг с другом, обучить их с помощью оптогенетических методов и запрограммировать, то с их помощью можно будет выполнять инженерные функции, — говорит соавтор работы Рашид Башир. — В будущем <…> мы сможем создавать биологические процессоры и компьютеры, похожие на человеческий мозг».

Ранее ученые из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл обнаружили нейроны, которые могут способствовать перееданию. Их коллеги из Стэнфордского университета определили нервные клетки, вызывающие неприятные эмоции в ответ на боль.