Биотехнологи исследовали миграцию нейронов в 3D-формате и создали прототип протеза, напрямую соединенного с нервной системой.

В попытках вылечить пациентов с патологиями и травмами нервной системы ученые ищут виновников среди молекул и выращивают специализированные нейроны. Infox.ru уже рассказывал о том, как птичьи нейроны встроились в нервную систему грызунов. Впрочем, нервные клетки нужно не только вырастить, но и соединить в структурированную и функционально полноценную систему, направить в нужном направлении. А зачастую и выращивать ничего не нужно: нередко вполне здоровые нейроны не могут выполнять свою роль именно из-за отсутствия связей между отдельными клетками.

Трехмерная реальность

Исследователи из Университета Висконсин (University of Wisconsin, Madison) изучали поведение нейронов in vitro. В отличие от ранее проведенных многочисленных работ, команда Юй Миньжуй (Minrui Yu) проводила эксперимент в 3D-формате. «В большинстве случаев нейробиологи исследуют миграцию нейронов на плоскости, то есть в условиях, которые по пространственным характеристикам не эквивалентны живой системе», -- пишут авторы нового исследования, результаты которого появились в статье Semiconductor Nanomembrane Tubes: Three-Dimensional Confinement for Controlled Neurite Outgrowth. Мы уже писали о том, как эксперименты в двухмерном пространстве могут ввести в заблуждение.

Для 3D-эксперимента биотехнологи создали упорядоченную структуру из кремниево-германиевых трубочек, в просвет которых могли поместиться длинные отростки нервных клеток – аксоны. Тело клетки в трубочку не вмещалось. Эту подложку биоинженеры использовали в качестве субстрата для культивирования мышиных нервных клеток. В результате они получили микроструктуру из перекрещивающихся нанотрубочек, внутри которых находились аксоны, а тела нейронов оставались за пределами трубочек -- в «узлах» нервно-полупроводниковой сети.

Биоинженеров удивило то, что нейроны самостоятельно (без всякого внешнего воздействия) пытались протиснуться в «коридоры» трубочек и достаточно точно, хотя и не всегда, повторяли извилистую топографию микроструктуры. «Мы знали, что нейроны обладают «поисковым инстинктом, -- говорят ученые. -- Результаты этого эксперимента означают, что мы можем структурировать живые нейроны в заданном порядке, заставлять их встраиваться в сложные геометрические структуры».

Специалисты полагают, что на основе таких полупроводниково-нервных структур можно создать полноценный интерфейс между нервными клетками и электроникой. Если задумка биотехнологов станет реальностью, то медики смогут напрямую связывать нервную систему человека с протезами. Это позволит парализованным пациентам с травмами спинного мозга вновь обрести способность к движению.

«Кремниево-германиевая трубочка по физиологическим и электрическим характеристикам напоминает естественную оболочку нервных волокон – миелин», -- подчеркивают авторы исследования, обращая внимание, что эта тонкость поможет не только лечить нейроны, но и «подслушивать их электрические разговоры».