科学家研制出行为仿真的人工神经细胞微芯片-汶颢股份
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科学家研制出行为仿真的人工神经细胞微芯片

巴斯大学的科学家们,已经开发出了一款小到可以放在指尖的微小硅芯片。其特点是能够实现与人体中存在的生物神经细胞“几乎相同”的功能,为脊髓损伤和心力衰竭等患者提供了新的治疗选择。研究团队称,这种低功耗“细胞芯片”(cells-on-a-Chip)装置可用于生物电子设备或植入物,以抵抗影响神经系统的疾病(比如阿尔茨海默病)。

图1 

神经细胞(或神经元)遍布在整个大脑和神经系统中,并通过细长臂来迅速发送电信号,从而将信息从大脑传递到身体(并返回)。

神经细胞的信号传导活动,涉及将机械 / 化学信号转换为电信号的离子通道。鉴于神经冲动的原理很是深奥复杂,使得研究人员难以搞清楚细胞对某些刺激的反应。

不过巴斯大学物理学家兼研究合著者 Alain Nogaret 在新闻稿中称:“在此之前,神经元都像黑匣子一样。但我们设法打开了黑匣子,并进入到了它的内部”。

其工作正在发生范式变化,因其提供了一种可靠的方法,来细微再现真实神经元的电特性。

Alain Nogaret 教授(左)与 Kamal Abu Hassan 研究员(右) 

Alain Nogaret 教授(左)与 Kamal Abu Hassan 研究员(右)

有关这项研究的细节,已经发表在《自然通讯》期刊上。论文中详细介绍了突破性的技术,可在微型芯片上再现神经元的电特性。

研究团队成功复制了大脑中记忆和呼吸所需的单个神经细胞(海马神经元 + 呼吸神经元)。芯片具有许多合成离子通道,后者负责生物细胞中的电脉冲。

通过将之与大鼠海马神经元和脑干神经元中发现的信号进行比较,研究团队让芯片接受了60种不同的刺激方案,并对相应状况进行了建模。结果发现,芯片每次都能够重现真实细胞中的响应。

需要指出的是,尽管这项研究展现了未来潜在的生物医学植入物的前景,但作者指出,我们仍需考虑神经细胞的其它特征。

该芯片的作用类似于单个细胞,但神经细胞的分支臂(负责在细胞之间传递信号)仍相当复杂。

在后续研究中,团队将尝试在芯片基础上构建一套完整的“生物神经元动力学”模型,同时添加能够描述分支活性特征的部分。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-13177-3

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