Norint sukurti naujos kartos neuromorfinius neuroprotezus, būtina atlikti biohibridinius eksperimentus tarp gyvų ir dirbtinių ląstelių. Siekdamos šio tikslo, komandos iš Prancūzijos, Japonijos ir Italijos sukūrė naują įrankį, skirtą tirti uždaro ciklo sąveiką neuromoksle.
Šiuo metu farmakologinis neurologinių sutrikimų gydymas išlieka ribotas, todėl reikia ieškoti perspektyvių alternatyvių metodų, tokių kaip elektroceutika. Naujausi bioelektronikos ir neuromorfinės inžinerijos tyrimai padėjo sukurti naujos kartos neuroprotezus, skirtus smegenų taisymui. Tačiau norint realizuoti visą jų potencialą, reikia giliau suprasti biohibridų sąveiką.
Straipsnyje, paskelbtame m Gamtos komunikacijos, autoriai pristato BioemuS – nebrangų, įterptą, lankstų ir realiu laiku veikiančią biomimetinį įrankį, leidžiantį atlikti biohibridinius eksperimentus, kad būtų galima imituoti gyvas sistemas realiuoju laiku. Ši nauja sistema supaprastina biofiziškai detalios neuroninio tinklo dinamikos tyrimą ir atkartojimą, o pirmenybę teikia ekonomiškumui, lankstumui ir naudojimo paprastumui.
„Mes demonstruojame galimybę atlikti biohibridinius eksperimentus naudojant standartines biofizines sąsajas ir įvairias biologines ląsteles, taip pat įvairių tinklo konfigūracijų emuliaciją realiuoju laiku”, – sako pagrindinis tyrimo autorius Romain Beaubois.
Ši įterptoji sistema siūlo realaus laiko, ekonomišką ir patogų uždarojo ciklo taikomųjų programų sprendimą, sprendžiantį prieinamumo iššūkius, vyraujančius dabartinėse didelio našumo alternatyvose.
Skirtingai nuo serverių infrastruktūros ar sudėtingų sistemų, kurios gali būti brangios ir sunkiai integruojamos į eksperimentines sąrankas, šis naujas sprendimas teikia pirmenybę paprastumui ir prieinamumui. Pažymėtina, kad nepaisant GPU pagreitinto skaičiavimo, net ir programinės įrangos alternatyvos dažnai stengiasi pasiekti mažą delsą, reikalingą uždarojo ciklo programoms.
„Mes manome, kad mūsų sistema yra esminis žingsnis kuriant neuromorfinius neuroprotezus, skirtus bioelektrinei terapijai, leidžiančius sklandžiai bendrauti su biologiniais tinklais per panašų laiką. Įterptasis „BiœmuS” realaus laiko funkcionalumas padidina praktiškumą ir prieinamumą, padidindamas jo potencialą realiam naudojimui. – pasaulinis pritaikymas biohibridiniams eksperimentams“, – aiškina Timothee Levi, vyresnysis ir atitinkamas tyrimo autorius.
„Sistema yra svarbus mūsų tarpdisciplininio bendradarbiavimo pasiekimas“, – sako Yoshiho Ikeuchi, vyresnysis straipsnio autorius.
„Per pastaruosius kelerius metus bendradarbiavome ir keitėmės idėjomis. Neseniai paskelbėme dar vieną bendradarbiaujantį straipsnį Gamtos komunikacijos, kuriame pranešėme, kad ryšys tarp dviejų smegenų organoidų padidina jų aktyvumą ir sudėtingumą. Tikimės sukurti geresnes neuronų apibūdinimo ir funkcionalizavimo sistemas, dalindamiesi šiais pasiekimais ir veiksmingai bendraudami su mokslo bendruomene.
Šis tyrimas pabrėžia daugiadisciplininių projektų ir tarptautinio bendradarbiavimo svarbą. Dr. Beaubois ir prof. Levi iš Bordo universiteto ir CNRS per IMS ir LIMMS laboratoriją sukūrė šį realaus laiko įrankį, skirtą biologinei dinamikai imituoti.
Vėliau įrankis buvo naudojamas biohibridiniuose eksperimentuose, nukreiptuose į organoidus in vitro, bendradarbiaujant su prof. Ikeuchi iš Tokijo universiteto Pramonės mokslų instituto ir taikomas eksperimentams su graužikais in vivo bendradarbiaujant su prof.