伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的研究人員成功利用干細(xì)胞工程化活體生物混合神經(jīng)組織，開(kāi)發(fā)出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3D模型，希望能更好地了解大腦以及這些網(wǎng)絡(luò)是如何工作的。
第一作者格爾森帕甘-迪亞茲-迪亞茲將生成的組織比作計(jì)算機(jī)處理單元，它為今天的超級(jí)計(jì)算機(jī)提供了基本原理。帕甘-迪亞茲是格蘭杰理工學(xué)院生物工程系拉希德巴希爾教授的研究生。巴希爾也是該學(xué)院的院長(zhǎng)。“能夠形成由神經(jīng)元組成的三維組織，使我們能夠開(kāi)發(fā)用于藥物篩選或生物計(jì)算機(jī)處理單元的組織模型，”帕甘-迪亞茲說(shuō)。
從真人身上學(xué)習(xí)大腦具有挑戰(zhàn)性，但通過(guò)使用體外3D模型來(lái)了解這些網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有望為研究人員提供一種新的工具，以更好地了解它們的工作原理。這些模型將能夠幫助理解異常的形成，例如阿爾茨海默病等疾病的原因。
該團(tuán)隊(duì)能夠給由光遺傳學(xué)形成的神經(jīng)元組成的活組織賦予3D幾何形狀，因此它們可以被藍(lán)光激活。這些組織可以用來(lái)研究大腦中的復(fù)雜行為，以及這些組織如何與正在開(kāi)發(fā)的新藥發(fā)生反應(yīng)。這也可能意味著未來(lái)將不再依賴動(dòng)物來(lái)測(cè)試這些藥物。
巴希爾說(shuō)：“如果我們能控制這些神經(jīng)元之間的交流方式，如果我們能利用光遺傳學(xué)來(lái)訓(xùn)練它們，如果我們能對(duì)它們進(jìn)行編程，那么我們就可能利用它們來(lái)執(zhí)行工程功能?！薄拔磥?lái)，我們希望能夠通過(guò)設(shè)計(jì)這些神經(jīng)組織，開(kāi)始實(shí)現(xiàn)類似大腦的生物處理單元和生物計(jì)算機(jī)?！?
該項(xiàng)目由NSF科技中心EBICS(集成細(xì)胞系統(tǒng)的應(yīng)急行為)資助，本月發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。它的靈感來(lái)自五年前開(kāi)發(fā)功能性肌肉的工作，巴希爾實(shí)驗(yàn)室的研究人員開(kāi)發(fā)了一種生物機(jī)器人，當(dāng)受到電或光的刺激時(shí)，它可以行走。
這項(xiàng)新工作是由一個(gè)跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)完成的，該團(tuán)隊(duì)由帕甘-迪亞茲、巴希爾、生物工程的卡拉拉莫斯-克魯茲、分子和細(xì)胞生物學(xué)學(xué)院的理查德薩姆、電氣和計(jì)算機(jī)工程的米哈伊爾坎德?tīng)柡图硬祭锇柌ㄅ逅箮?kù)教授以及奧努爾艾丁組成。機(jī)械科學(xué)與工程的塔赫爾塞夫教授。
在這項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了可以形成不同形狀的神經(jīng)組織模擬器。該團(tuán)隊(duì)使用水凝膠和纖維蛋白來(lái)制造毫米到厘米的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有剛性支撐，可以模制成許多所需的形狀。
帕甘-迪亞茲解釋說(shuō)：“它是由幾十萬(wàn)微米的細(xì)胞組成的束，其中包含許多基因組成與體內(nèi)組織相似的群體。“隨著我們繼續(xù)開(kāi)發(fā)這些生物制造方法，我們應(yīng)該能夠捕捉到身體中發(fā)生的許多現(xiàn)象。一旦我們證明了這一點(diǎn)，我們將能夠模仿我們?cè)诖竽X中看到的模式。證明人體外的組織和體內(nèi)的組織相似，那我們就可以一次又一次的制造?！?
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