科學(xué)家研發(fā)仿人工神經(jīng)細(xì)胞微芯片，可抵抗影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病

巴斯大學(xué)的科學(xué)家們，已經(jīng)開發(fā)出了一款小到可以放在指尖的微小硅芯片。其特點(diǎn)是能夠?qū)崿F(xiàn)與人體中存在的生物神經(jīng)細(xì)胞“幾乎相同”的功能，為脊髓損傷和心力衰竭等患者提供了新的治療選擇。研究團(tuán)隊(duì)稱，這種低功耗“片上細(xì)胞”(cells-on-a-Chip)裝置可用于生物電子設(shè)備或植入物，以抵抗影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾病(比如阿爾茨海默病)。

(圖自：University of Bath，via Cnet)

神經(jīng)細(xì)胞(或神經(jīng)元)遍布在整個(gè)大腦和神經(jīng)系統(tǒng)中，并通過細(xì)長(zhǎng)臂來迅速發(fā)送電信號(hào)，從而將信息從大腦傳遞到身體(并返回)。

神經(jīng)細(xì)胞的信號(hào)傳導(dǎo)活動(dòng)，涉及將機(jī)械 / 化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的離子通道。鑒于神經(jīng)沖動(dòng)的原理很是深?yuàn)W復(fù)雜，使得研究人員難以搞清楚細(xì)胞對(duì)某些刺激的反應(yīng)。

不過巴斯大學(xué)物理學(xué)家兼研究合著者 Alain Nogaret 在新聞稿中稱：“在此之前，神經(jīng)元都像黑匣子一樣。但我們?cè)O(shè)法打開了黑匣子，并進(jìn)入到了它的內(nèi)部”。

其工作正在發(fā)生范式變化，因其提供了一種可靠的方法，來細(xì)微再現(xiàn)真實(shí)神經(jīng)元的電特性。

Alain Nogaret 教授(左)與 Kamal Abu Hassan 研究員(右)

有關(guān)這項(xiàng)研究的細(xì)節(jié)，已經(jīng)發(fā)表在本周二出版的《自然通訊》期刊上。論文中詳細(xì)介紹了突破性的技術(shù)，可在微型芯片上再現(xiàn)神經(jīng)元的電特性。

研究團(tuán)隊(duì)成功復(fù)制了大腦中記憶和呼吸所需的單個(gè)神經(jīng)細(xì)胞(海馬神經(jīng)元 + 呼吸神經(jīng)元)。芯片具有許多合成離子通道，后者負(fù)責(zé)生物細(xì)胞中的電脈沖。

通過將之與大鼠海馬神經(jīng)元和腦干神經(jīng)元中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)進(jìn)行比較，研究團(tuán)隊(duì)讓芯片接受了 60 種不同的刺激方案，并對(duì)相應(yīng)狀況進(jìn)行了建模。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，芯片每次都能夠重現(xiàn)真實(shí)細(xì)胞中的響應(yīng)。

需要指出的是，盡管這項(xiàng)研究展現(xiàn)了未來潛在的生物醫(yī)學(xué)植入物的前景，但作者指出，我們?nèi)孕杩紤]神經(jīng)細(xì)胞的其它特征。

該芯片的作用類似于單個(gè)細(xì)胞，但神經(jīng)細(xì)胞的分支臂(負(fù)責(zé)在細(xì)胞之間傳遞信號(hào))仍相當(dāng)復(fù)雜。

在后續(xù)研究中，團(tuán)隊(duì)將嘗試在芯片基礎(chǔ)上構(gòu)建一套完整的“生物神經(jīng)元?jiǎng)恿W(xué)”模型，同時(shí)添加能夠描述分支活性特征的部分。