Ученые создали мягкое трехмерное электронное устройство, способное обернуть выращенные в лаборатории мини-мозги человека и записать активность почти по всей их поверхности. Система улавливает электрические сигналы с 91 процента нейронного органоида, преодолевая серьезное ограничение в исследованиях подобных тканей. Человеческие нейронные органоиды, выращенные из стволовых клеток, все чаще используются для моделирования развития мозга и болезней.
Они формируют взаимосвязанные нейронные цепи и производят скоординированные электрические ритмы. Однако большинство существующих инструментов записи являются плоскими и жесткими, позволяя ученым получать сигналы только из нескольких точек. Это несоответствие мешало исследователям наблюдать, как активность распространяется по всей сети. Без полного охвата важные синхронизированные паттерны и масштабная коммуникация между нейронами могли остаться незамеченными.
Новое устройство, разработанное исследователями Северо-Западного университета и лаборатории Ширли Райан, меняет ситуацию, принимая форму изогнутого органоида. Оно начинается как плоская гибкая решетка и трансформируется в 3D-каркас, который мягко обволакивает сферическую ткань. Издание Interesting Engineering пишет, что сетчатый каркас содержит до 240 индивидуально адресуемых микроэлектродов, каждый диаметром всего 10 микрон. Пористая конструкция позволяет кислороду и питательным веществам свободно проходить, поддерживая стабильный электрический контакт.
Джон Роджерс, руководивший разработкой устройства, отметил: «Ключевой недостающий компонент — это аппаратная технология, которая может опрашивать, стимулировать и манипулировать этими крошечными аналогами органов в организме человека». Доктор Колин Франц добавил, что благодаря мягкой электронике, соответствующей геометрии органоида, теперь можно записывать и стимулировать сотни мест на его поверхности одновременно. Это позволяет изучать нейронную активность на уровне целых сетей, а не изолированных сигналов.
Трансформация из плоского листа в 3D-структуру основана на контролируемом механическом изгибе, подобно тому как раскрывается объемная книга. Этот подход позволяет электронике соответствовать кривизне органоида, не повреждая его. Роджерс подчеркнул, что устройство должно поддерживать метаболические процессы для сохранения жизнеспособности ткани, по сути, позволяя органоиду «дышать».
Помимо записи сигналов, платформа также может доставлять электрическую стимуляцию. В тестах с лекарствами команда наблюдала четкие изменения в нейронной активности. Воздействие определенных веществ усиливало сигнализацию или нарушало скоординированную работу, что доказывает способность системы обнаруживать значимые изменения в живых нейронных сетях. Исследование было опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.
