Искусственные синапсы могли бы восстанавливать функции мозга и, таким образом, препятствовать развитию таких заболеваний, как болезнь Паркинсона или болезнь Альцгеймера. Конечно, это все еще дело будущего. Но исследователи из Лаборатории электроники тканей (Tissue Electronics Lab) в Неаполе работают над этим.
«Биогибридное устройство представляет собой взаимодействие искусственных систем с живыми клетками. Такие устройства используются в самых разных областях. В нашем случае под биогибридным устройством подразумевается взаимодействие нейронов и их искусственных аналогов. Искусственные нейроны — это специальные электронные устройства, которые по своим функциям напоминают биологические нейроны», — объясняет Франческа Санторо (Francesca Santoro). Инженер, специализирующийся в области биомедицины и электроники, она проводит исследования биогибридных синапсов.
Биологическая дегенерация — это регресс и разрушение тканей. Если такого рода изменения происходят в нервных клетках, говорят о нейродегенерации. Нейродегенеративные заболевания включают, например, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и различные виды деменции.
Франческа Санторо хочет разработать подходы к лечению с точки зрения инженера. «Я не медик и не нейробиолог», — говорит она. Поэтому она вместе со своей командой старается разработать электронные устройства и платформы, которые можно подключить к мозгу.
„Это может, во-первых, дать нам представление о функциях мозга, а также о том, как остановить нейродегенеративные процессы».
Связь между нейронами осуществляется за счет электрических импульсов. И именно эти связи пытается воссоздать Франческа Санторо вместе со своей командой в искусственных нейронах. «Это может быть очень полезно при тестировании лекарств», — подчеркивает исследователь.
«Тогда потребуется гораздо меньше подопытных животных или клеток пациентов. Но на будущее, конечно, наша цель состоит в том, чтобы эту технологию можно было применять в клиниках, где проводится лечение нейродегенеративных заболеваний».
Соединить биологический нейрон с одним из недавно разработанных электронных устройств исследователям уже удалось. Это большой успех. Однако электронные устройства, изготовленные из обычных металлов, были очень жесткими и слишком плоскими.
«Клетки нашего мозга не плоские и не жесткие. Они очень мягкие, трехмерные, очень динамичные, и у них очень много выпуклостей во всевозможных направлениях. Так что теперь мы пытаемся разработать новые электронные устройства, которые больше соответствуют биологическим нейронам.
В итоге должно быть разработано так называемое «микроустройство» с двумя основными характеристиками. Во-первых, оно должно выглядеть как нейрон. Во-вторых: это устройство должно и вести себя так же, как биологические нейронные клетки.
В результате Франческа Санторо и ее команда действительно нашли компоненты, которые смогут заменить жесткий и плоский металл — это проводящие полимеры, то есть пластмассы. Они могут не только адаптироваться к форме мозга, но и передавать электрические импульсы.
Таким образом, ученым удалось осуществить передачу информации из биологического нейрона в искусственный — это первый биогибридный синапс. Возможно, это изобретение заложит основу для восстановления утерянных или поврежденных функций мозга с помощью биогибридных нейронных сетей в будущем. А может, для создания совершенно новых функций мозга?