Углеродные нанотрубки в мозговых имплантатах

Исследователям из Италии удалось вырастить культуру нервных клеток из гиппокампального отдела головного мозга человека на субстрате из сети углеродных нанотрубок. Также учеными было установлено, что сеть из нанотрубок улучшает передачу нервных импульсов между клетками. Ранее ученым удавалось получить разветвленные сети на основе углеродных нанотрубок. На основании моделей разветвлений нанотрубок ученые надеялись когда-то создать сложные нейросети, которые будут изменять свою структуру и будут пригодны для вычислительной техники или помогут при создании искусственного интеллекта.

Но даже самые смелые ученые не могли предположить, что можно создать подобный гибрид из "нейросетевых нанотрубок" и живых нервных клеток. Попытки соединить неживое с живым уже увенчались успехом: интерфейсы кремний-нервная клетка работают в лабораторных условиях и могут передавать сигналы.
Мы уже писали о подобных нейрочипах ранее. Но то, что удалось команде ученых из Итальянского университета в Ферраре, ранее не удавалось никому. Теперь нанотрубки из области полупроводников, сверхпрочных материалов и наносистем охватили и область медицинских имплантатов.

“Идея совместить нанотрубки и нейроны пришла нам почти сразу, как только мы увидели их сходства в их морфологии”, - говорит Лаура Баллерини, одна из исследователей нейросетей. “Отростки нейронов тоже цилиндричны, и напоминают по структуре нанотрубки. Известно, что нанотрубки могут быть и проводниками и полупроводниками электричества, поэтому с их помощью можно соединять отдельные нейроны между собой.”

Для того, чтобы создать нужный субстрат, по морфологии напоминающий нейросеть, ученые взяли многослойные нанотрубки с функциональными пиролидиновыми группами. Эти химические соединения облегчают растворение нанотрубок в органическом растворителе диметилформамиде.

Затем они расположили нанотрубки в случайном порядке на стеклянной поверхности и добавили растворитель. Через время у исследователей была точная аналогия нейросети, только составленная из углеродных нанотрубок.

Как только искусственная нейросеть из нанотрубок была получена в достаточном количестве, ученые расположили на ней нейроны гиппокампальной области головного мозга. Причем для проверки нейроны выращивали отдельно на чистой стеклянной поверхности. Команда наблюдала за ростом нейронов в течении десяти дней. По прошествии этого времени оказалось, что на обоих подложках сформировались почти одинаковые культуры клеток.

За успешным выращиванием нервной ткани последовал период тестов гибрида. Оба образца показали схожие электрофизиологические характеристики: мембранный потенциал, входное сопротивление и емкость. Однако когда дело дошло до измерения постсинаптического тока, то в образце, выросшем на нейросетевых нанотрубках он распространялся с частотой вшестеро большей, чем у культуры, выращенной на простом стекле.

“Нашими исследованиями мы продемонстрировали увеличение скорости распространения нейросигнала благодаря проводящим свойствам субстрата из углеродных нанотрубок”, - сказала Баллерини. - “В будущем мы будем исследовать новые стратегии тканевой инженерии на основе различных наносистем и наноматериалов. Одна из наших будущих задач - создать такие нейросетевые имплантаты, которые позволят соединять поврежденные нейроны между собой для улучшения передачи сигналов между ними”.

Как сказали исследователи, суммируя все то, что им удалось узнать, - с помощью новой технологии можно будет получить уже в скором времени долговременные имплантаты головного мозга, улучшающие передачу сигналов. Они будут эффективны при лечении заболеваний спинного мозга, хронических заболеваний головного мозга. Также ученые предлагают вводить микроэлектроды в нейросетевой субстрат нанотрубок для миостимуляции поврежденных участков.

Нанотехнологии приносят богатые плоды даже с одного дерева. По сути дела, углеродные нанотрубки - только одна из миллиардов возможных наноструктур, и мы уже сейчас можем видеть, насколько широко используются их возможности: это и нанотранзисторы, и NED телевизоры, и космический лифт. Теперь к обширному списку применения нанотрубок прибавились имплантаты мозга.

http://www.nanonewsnet.ru по материалам http://www.nanotechweb.org/articles/news/4/5/14/1/