Полностью синтетическая основу, на которой могут расти живые человеческие нейроны и формировать работающие сети

Учёные из Калифорнийского университета в Риверсайде представили то, к чему нейротехнология шла десятилетиями: полностью синтетическую основу, на которой могут расти живые человеческие нейроны и формировать работающие сети. Без животных материалов, без биологических покрытий — только инженерная архитектура, в которую клетки способны встроиться и вести себя как в естественной ткани. Такой подход открывает путь к более гуманному и контролируемому изучению заболеваний нервной системы и тестированию лекарств.

Главная цель этой разработки — не заменить собой мозг, а создать стабильную и воспроизводимую среду, где человеческие нейроны ведут себя максимально естественно. Сегодня большинство нейробиологических исследований основывается на мозге животных, прежде всего грызунов. Но физиологические различия слишком велики, поэтому результаты часто оказываются неприменимыми к человеку. Новый синтетический каркас позволяет выращивать человеческие клетки в среде, параметры которой исследователь может полностью контролировать, устраняя хаос биологических вариаций.

Материалом для основы стал химически нейтральный полимер PEG. Обычно клетки к нему не прикрепляются, но исследователи превратили его в сложную сеть взаимосвязанных пор. Такая микроструктура стала для нейронов узнаваемой физической средой: они заселяют каркас, мигрируют, организуют объёмные кластеры и строят функциональные связи. Плотность этих сетей пока не достигает экстремальной плотности коры головного мозга, но значительно выше, чем в традиционных культурах, а главное — именно в такой среде можно наблюдать созревание нейронов и формирование устойчивой активности, характерной для человеческой ткани.

Стабильность материала позволяет проводить длительные исследования — недели вместо дней. Это особенно важно для моделирования процессов, связанных с травмами, ишемией или нейродегенеративными заболеваниями. А возможность выращивать клетки конкретного донора открывает путь к персонализированному тестированию препаратов — ещё до начала клинических испытаний.

Технология изготовления тоже заслуживает внимания. Смесь воды, этанола и PEG проходила через систему стеклянных капилляров, где при столкновении с внешним потоком воды её компоненты разделялись. Короткая вспышка света фиксировала эту структуру, создавая прочный пористый каркас, сквозь который свободно проходят кислород и питательные вещества.

Сейчас модель имеет размер около двух миллиметров, но команда уже работает над масштабированием и созданием аналогичных структур для других органов. Долгосрочная цель — объединить такие модели в единую систему, чтобы изучать, как органы влияют друг на друга в реальном времени. Это шаг к новой, более точной биологии человека.

Advanced Functional Materials (https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202509452)

Источник: advanced.onlinelibrary.wiley.com

Комментарии: