Разработано устройство для мониторинга активности мозговых органоидов на ранних стадиях развития

Коллектив исследователей из Северо-Западного университета представил инновационную технологию мониторинга мозговых органоидов — искусственно выращенных «мини-мозгов» на основе человеческих клеток. Разработка представляет собой гибкую, адаптивную электродную оболочку, которая облегает практически всю поверхность органоида, открывая ученым полный доступ к наблюдению за нейронной активностью.

Мозговые органоиды выступают важным инструментом для изучения ранних этапов развития центральной нервной системы и моделирования генетических патологий, таких как шизофрения или расстройства аутистического спектра. До настоящего времени полноценный анализ их работы был затруднен: исследователи могли регистрировать лишь локальные всплески активности, так как традиционные сенсорные системы были либо слишком массивными и жесткими, либо охватывали лишь малую часть биологического объекта.

Разрыв между формой органоида и техническими возможностями датчиков препятствовал пониманию того, как нейронная сеть функционирует как единое целое. Новое решение нивелирует эту проблему: высокотехнологичная сетка в исходном виде плоская, но при контакте с органоидом трансформируется в трехмерную мягкую конструкцию. Она оснащена 240 микроэлектродами, размер каждого из которых сопоставим с отдельным нейроном (около 10 мкм).

Как отмечает соавтор проекта Джон Роджерс, основной инженерной сложностью была адаптация жесткой электроники к динамичной сферической форме биологического образца. Уникальность разработки в том, что она не препятствует нормальному обмену веществ: сетка остается проницаемой, позволяя органоиду полноценно «дышать» и развиваться.

Функционал системы позволяет не только пассивно наблюдать за электрическими импульсами, но и активно стимулировать нейронные связи, проверяя реакцию тканей на медикаментозное воздействие. В ходе тестов были выявлены ранее скрытые волнообразные ритмы, распространяющиеся по всей структуре. Когда на органоид воздействовали ботулотоксином, блокирующим синаптическую передачу, эти паттерны мгновенно угасали, что доказывает высокую точность и физиологическую релевантность получаемых данных.

Эти результаты подтверждают, что органоиды способны имитировать базовые принципы организации нейронных сетей реального мозга. Кроме того, технология успешно выявляет изменения в активности, характерные для нейродегенеративных состояний, включая болезнь Паркинсона, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз. Это открывает перспективы для создания полноценных платформ тестирования персонализированной терапии.

Универсальность системы дополняется совместимостью с методами оптогенетики и химического картирования, что позволяет получать комплексные данные о работе мозга. По сути, исследователи получили инструмент для изучения динамики «мини-мозгов» как целостных, скоординированных сетей, что значительно приближает науку к пониманию принципов формирования человеческого сознания и нейронной архитектуры.

Источник: iXBT