Создан чип, который позволяет выращивать, наблюдать и стимулировать мозговые органоиды
Китайская биотехнологическая компания BGI Group представила мультимодальную систему, которая позволяет выращивать нервные клетки, нервную ткань и мозговые органоиды непосредственно на чипе, одновременно регистрировать их электрическую активность и воздействовать на них электрическими и оптическими сигналами. Разработчики объединили весь цикл — выращивание, наблюдение и стимуляцию — в одной платформе, благодаря чему исследователи могут длительно изучать один и тот же образец без его переноса между разными приборами.
Система получила название BGI Intelligent Brain, а её первая модель — LS-P256. Она состоит из чипа для культивирования биологических образцов, электрофизиологического блока и оптической системы. Чип поддерживает контролируемую температуру и циркуляцию жидкости и газов, создавая условия для длительного содержания нейронов, тканей и трёхмерных мозговых органоидов.
Электрическая часть платформы содержит 256 каналов, через которые можно в реальном времени регистрировать электрофизиологические сигналы нейронной сети. Те же структуры можно стимулировать электрическими импульсами с заданными исследователем параметрами. Оптическая система позволяет наблюдать форму и развитие образца, а также проводить оптическую стимуляцию. Таким образом, учёные могут одновременно видеть, как меняется структура органоида, измерять активность его нейронов и контролируемо воздействовать на эту активность.
Мозговые органоиды представляют собой выращенные из клеток трёхмерные модели нервной ткани. Они воспроизводят некоторые особенности развития и организации человеческого мозга, но не являются миниатюрными полноценными мозгами. Такие модели используют для изучения развития нервной системы, механизмов заболеваний и реакции нейронной ткани на лекарственные вещества.
Главная проблема существующих методов заключается в том, что культивирование органоидов, регистрация электрической активности, микроскопия и другие виды анализа часто выполняются на разных установках. Перенос образца усложняет длительные эксперименты и затрудняет сопоставление структурных и функциональных изменений. Авторы связанной с разработкой работы также отмечают, что современные методы исследования мозговых органоидов часто ограничиваются одной разновидностью данных и во многих случаях по-прежнему требуют значительного объёма ручной работы.
BGI попыталась объединить эти процедуры в единую систему. Компания утверждает, что это первая мультимодальная платформа такого типа, в которой культивирование нейронных образцов, электрофизиологическое взаимодействие и оптическое воздействие доступны на одном чипе. BGI Group называет разработку первой в мире мультимодальной платформой такого типа, объединяющей выращивание нейронных образцов, регистрацию их электрической активности и оптическую стимуляцию на одном чипе.
В августе исследователи BGI также описали более широкую концепцию мультимодальной платформы для мозговых органоидов. Она предусматривает объединение четырёх направлений: автоматизированного культивирования органоидов с обратной связью, электрофизиологических измерений, оптической визуализации и анализа экспрессии генов непосредственно в образце. По замыслу разработчиков, объединение этих методов должно позволить одновременно прослеживать структуру, функции и молекулярные изменения нервной ткани.
Такая технология может быть полезна при моделировании неврологических заболеваний и поиске лекарственных препаратов. Вместо отдельных измерений исследователи смогут наблюдать, как один и тот же органоид развивается в течение длительного времени, как меняется активность его нейронной сети и как она реагирует на определённые воздействия. BGI также рассматривает платформу как инструмент для исследований биологического интеллекта и нейроморфных вычислительных систем.
При этом представленная система пока не демонстрирует создание сознания или полноценного искусственного мозга. Речь идёт об экспериментальной платформе для работы с культурами нейронов, нервной тканью и мозговыми органоидами, позволяющей значительно плотнее объединить их выращивание и функциональный анализ.
Описание концепции в журнале Science & Technology Review.