Искусственный мозговой матрикс

29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед.

В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решение стало отправной точкой для концептуально новой технологии.

Основа BIPORES представляет собой полимер полиэтиленгликоль, или ПЭГ, который химически нейтрален и даже отталкивает клетки, напоминая в этом отношении тефлон. Чтобы превратить такую поверхность в пригодную для роста нейронов основу, команда применила архитектуру биогелей (bijels) с характерной седловидной внутренней геометрией. Каркас удерживается наночастицами диоксида кремния, что обеспечивает устойчивость структуры при длительных экспериментах.

Для формирования сложной трехмерной сети ученые использовали микрожидкостные каналы и биопринтер. Эти инструменты позволили создать взаимосвязанные поры, обеспечивающие свободное движение питательных веществ и вывод метаболитов. В ходе тестирования нейронные стволовые клетки не только успешно закреплялись на синтетическом каркасе, но и демонстрировали рост, дифференциацию и образование функциональных связей, что подтвердило жизнеспособность системы.

По словам ведущего автора исследования Принса Дэвида Окоро, ключевым преимуществом стала необычайная стабильность инженерного каркаса. Именно она позволяет наблюдать за поведением зрелых нейронов на протяжении продолжительного времени, а такие клетки значительно лучше отражают работу настоящей мозговой ткани. Конструкция создавалась при помощи специальной жидкости, содержащей ПЭГ, этанол и воду; проходя через стеклянные микротрубки и сталкиваясь с потоком воды, смесь разделялась на компоненты, а мгновенная вспышка света "останавливала" этот процесс, формируя губчатую структуру с большим количеством пор.

Доцент кафедры биоинженерии Иман Ношади подчеркивает, что созданный материал обеспечивает клеткам необходимые условия для роста и взаимодействия, а также дает исследователю беспрецедентный контроль над клеточной организацией. Пока диаметр каркаса составляет два миллиметра, но уже ведется работа по масштабированию, и группа представила данные о применении аналогичного принципа для построения моделей печени.

Долгосрочная цель проекта выходит далеко за пределы одной ткани. Исследователи стремятся создать комплексную систему лабораторных мини-органов, которые могли бы воздействовать друг на друга так же, как это происходит в живом организме. Ношади отмечает, что подобная платформа позволит отслеживать влияние лекарственных препаратов сразу на несколько типов тканей и изучать каскадные эффекты заболеваний, когда патология в одной системе вызывает сбой в другой.

<< Назад: Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

>> Вперед: Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Телескоп Эвклид раскрыл сердце Млечного Пути 28.06.2026

Космические телескопы позволяют человечеству заглянуть в самые отдаленные уголки Вселенной, раскрывая тайны темной материи, далеких галактик и процессов звездообразования. Один из современных аппаратов, предназначенных для масштабных обзоров неба, неожиданно оказался мощным инструментом для изучения нашей собственной Галактики. Речь идет о телескопе "Эвклид", который предоставил астрономам одно из самых детальных изображений центральной области Млечного Пути. Космический телескоп "Эвклид" был создан прежде всего для исследования темной материи и темной энергии, составляющих основную часть массы-энергии Вселенной. Однако ученые нашли ему дополнительное применение, направив прибор на густонаселенные звездные поля нашей Галактики. За относительно короткое время наблюдений - всего 26 часов - аппарат зафиксировал более 60 миллионов звезд в центральной части Млечного Пути. Такой результат стал возможен благодаря высокому разрешению и широкому полю зрения инструмента. Особый интерес для ...>>

Гренландские акулы - рекордсмены долголетия среди позвоночных 27.06.2026

В мире живых существ продолжительность жизни варьируется от нескольких дней у некоторых насекомых до нескольких десятилетий у крупных млекопитающих. Однако среди морских обитателей есть настоящие долгожители, чей возраст поражает воображение. Гренландские акулы, населяющие холодные воды Северной Атлантики и Арктики, по праву считаются самыми долговечными позвоночными на планете, и современные научные методы позволили точно оценить масштаб их жизненного пути. Эти крупные хищники растут крайне медленно - всего на несколько сантиметров за несколько лет, достигая в итоге более пяти метров в длину. Долгое время определить точный возраст гренландских акул было практически невозможно, поскольку у них отсутствуют традиционные маркеры, такие как годовые кольца на костях или чешуе. Предположения о выдающемся долголетии существовали давно, но требовали надежного подтверждения. Прорыв наступил в 2016 году, когда международная группа ученых применила радиоуглеродный анализ к хрусталикам глаз ...>>

Случайная новость из Архива Система поддержки внимания 05.12.2015 Нам часто бывает трудно сконцентрироваться - особенно, если вокруг шумно, особенно, если работа скучная, особенно, если в смартфоне жужжит мессенджер, где-то в соцсети висит непрочитанное сообщение. С точки зрения психологии тут вроде все понятно, но как объяснить рассеянное внимание с точки зрения нейробиологии? Что происходит в мозге, когда мы пытаемся сосредоточиться - и ничего не получается? Ответить на этот вопрос попытались исследователи из Йеля - Моника Розенберг (Monica D. Rosenberg) и ее коллеги описывают внутримозговую сеть, которая как раз отвечает за поддержание внимания. Обнаружили ее, разумеется, с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ): 25 взрослых добровольцев в момент МРТ-сканирования должны были смотреть на меняющиеся картинки и нажимать на специальную кнопку, когда перед ними появлялось изображение города. Город был на 90% картинок, остальные демонстрировали горные виды, так что отслеживать городские улицы и сцены было относительно простой, но довольно монотонной, скучной задачей, во время выполнения которой отвлечься было довольно легко. Хотя в коре мозга есть области, которые занимаются преимущественно какой-то определенной работой (и один из самых характерных примеров здесь - затылочная кора, где находится зрительный анализатор), большая часть районов коры мультифункциональна. И нейробиологи в поисках механизма для той или иной высшей нервной функции сейчас ищут не столько определенные центры, сколько связи между центрами - именно конфигурация сети, сила взаимодействий между разными участками коры оказывается специфичной для той или иной задачи. Например, какая-то зона может включаться как при решении математического уравнения, так и при сочинении стихотворения, но в случае уравнения она будет сильнее обмениваться информацией с одними центрами, а в случае стихотворения - с другими. Вот и сейчас, анализируя результаты МРТ-сканирования, авторы работы искали не центры внимания, а сеть. Работу мозга тех, кто занимался сортировкой фотографий, сравнивали с работой ничем не занятого мозга - так можно было найти именно те внутримозговые каналы, которые включаются для поддержания внимания. Кроме того, важно было понять общие черты "системы поддержки внимания", которые можно было бы найти в любом мозге, независимо от индивидуальности его владельца. И действительно, как было сказано выше, такую систему нашли: на рисунке схематично, шарами оранжевого и бурого цвета показаны узлы сети внимания - они активней всего работают тогда, когда от нас требуется большая концентрация. С другой стороны, когда мозг занят чем-то, что не так уж сильно требует внимания, в нем активируются другие центры (обозначенные на рисунке синим). Самое главное, что такой узор нервных центров действительно повторялся от человека к человеку, и что по активности сети можно было точно сказать, как человек справится с заданием, требующим повышенной внимательности. Более того, анализ МРТ-"фотографий" мозга детей с так называемым синдромом дефицита внимания и гиперактивности показал, что у них корковые центры поддержки внимания соединены слабо. То есть по состоянию описанной сети можно оценить, стоит ли ребенку (или его родителям) беспокоиться, что у него разовьется хроническая невнимательность, стоит ли ожидать в связи с этим проблем в школе и т. д. Правда, для того, чтобы из полученных результатов получился настоящий клинический тест, нужно провести больше клинических психоневрологических исследований. И, конечно, остается вопрос, как подействовать на "сеть поддержки внимания", чтобы улучшить ее работу: с помощью медикаментов, или же с помощью транскраниальной стимуляции мозга, или же как-то еще.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026