Прорыв в нейронауке: учёные научились считывать почти всю активность мозгового органоида
Учёные из Northwestern University вместе с коллегами разработали новую систему для изучения мозговых органоидов — так называемых мини-мозгов, выращенных из человеческих клеток. Это мягкий трёхмерный электродный каркас, который вначале представляет собой плоскую структуру, а затем самособирается в объёмную форму и почти полностью обволакивает органоид. По данным статьи в Nature Biomedical Engineering, устройство покрывает около 91% поверхности и содержит 240 независимо адресуемых микроэлектродов.
Главная проблема прежних технологий была в том, что они видели только фрагменты активности. Стандартные интерфейсы либо слишком жёсткие, либо покрывают слишком маленькую часть органоида, а значит исследователи не могли понимать, как работает вся сеть нейронов целиком. Новая система решает эту задачу за счёт shape-conformal porous framework: она повторяет форму органоида, остаётся мягкой, проницаемой для питательных веществ и не мешает ткани развиваться. Это позволяет следить за электрической активностью как за единой динамической системой, а не как за набором разрозненных сигналов.
В экспериментах устройство фиксировало волнообразные паттерны активности, распространяющиеся по поверхности органоида, и позволяло проводить локальную стимуляцию с последующим наблюдением реакции всей структуры. Авторы показывают, что система подходит не только для записи сигналов, но и для 3D-реконструкции активности, фармакологических тестов, longitudinal monitoring, оптогенетики и флуоресцентной визуализации. В статье также указано, что такие интерфейсы применялись к кортикальным и спинальным органоидам, а их возможности демонстрируют потенциал для фундаментальной нейронауки, биомедицины и даже направлений, связанных с neural intelligence research.
Для медицины и науки это особенно важно, потому что мозговые органоиды используются для изучения нейроразвития, формирования нейронных цепей, заболеваний нервной системы и персонализированной медицины. Новый интерфейс даёт более полный доступ к тому, как формируются и координируются нейронные сети, а значит может ускорить исследования аутизма, шизофрении, нейродегенеративных заболеваний и тестирования новых терапий. Это уже не просто красивый инженерный эксперимент, а серьёзный шаг к более точному пониманию того, как работает человеческий мозг на ранних стадиях развития.
