Roboty by v budúcnosti mohli dostať mozog vypestovaný v laboratóriu

Štúdium neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova choroba, predstavuje pre vedcov obrovskú výzvu, ktorá sa podobá snahe pochopiť dej románu prečítaním iba poslednej strany. Tieto choroby sa v ľudskom mozgu vyvíjajú desiatky rokov, no naše najlepšie laboratórne modely, takzvané mozgové organoidy, dospievajú extrémne pomaly, čo bráni výskumu.

Tieto „minimozgy“ pestované v laboratóriu z kmeňových buniek sú síce revolučným nástrojom, no ich pomalý vývoj znamená, že vedci nemôžu efektívne študovať choroby, ktoré sa prejavujú až v neskoršom veku. Doterajšie metódy na urýchlenie ich rastu boli invazívne a prinášali riziká. Vyžadovali si buď genetickú modifikáciu buniek, alebo priamu elektrickú stimuláciu, ktorá mohla poškodiť krehké neuróny.

Teraz však prichádza elegantné a neinvazívne riešenie založené na materiáli budúcnosti – graféne. Nová technológia, nazvaná GraMOS, využíva jedinečné vlastnosti grafénu na premenu neškodného svetelného žiarenia na jemné elektrické signály. Tieto signály fungujú ako osobný tréner pre neuróny, povzbudzujú ich k spájaniu a vytváraniu zložitých sietí, čím napodobňujú stimuláciu, ktorú dostáva skutočný mozog z okolitého prostredia.

Výsledky štúdie sú prelomové a ukazujú, že pravidelná stimulácia pomocou GraMOS viedla k vytvoreniu organoidov so silnejšími spojeniami, lepšie organizovanými sieťami a pokročilejšou komunikáciou medzi neurónmi. Tento pokrok bol pozorovaný dokonca aj v organoidoch odvodených od pacientov s Alzheimerovou chorobou, čo vedcom po prvýkrát umožnilo sledovať funkčné rozdiely v chorobných modeloch už v ranom štádiu.

Dôležité je, že grafénový materiál sa ukázal ako úplne bezpečný a biokompatibilný, nespôsoboval poškodenie buniek ani pri dlhodobom používaní. Tento prístup predstavuje zásadný posun v chápaní tkanivového inžinierstva. Ukazuje, že pre správny vývoj nestačí tkanivá len pasívne kultivovať a dodávať im živiny; je potrebné ich aktívne „trénovať“ a poskytovať im štruktúrované podnety, ktoré napodobňujú reálne podmienky. 

Tento princíp by mohol spôsobiť revolúciu v pestovaní všetkých typov zložitých tkanív, od sietnicových implantátov až po srdcový sval. Najpôsobivejším dôkazom funkčnosti tejto technológie bol experiment, v ktorom vedci prepojili grafénom stimulovaný organoid s jednoduchým robotom.

Keď robot dostal vizuálny signál, organoid v reakcii vygeneroval neurónový vzorec, ktorý spôsobil, že robot zmenil smer za menej ako 50 milisekúnd. Týmto sa nielenže preukázala funkčná spätná väzba, ale zároveň sa zmenila aj podstata samotného organoidu. Z pasívneho modelu určeného na pozorovanie sa stal aktívny komponent v stroji, ktorý vykonáva úlohu.

Tento krok stiera hranice medzi vedeckým modelom a funkčnou súčasťou a otvára dvere k budúcnosti, kde by biologické procesorové jednotky mohli byť integrované do technológií. Potenciál tejto technológie je obrovský, od urýchlenia vývoja liekov na neurodegeneratívne ochorenia cez vývoj novej generácie rozhraní medzi mozgom a strojom až po vytvorenie úplne nových „neuro-biohybridných“ výpočtových systémov, ktoré spájajú živé tkanivo s robotikou.

Zdroj: today.ucsd.edu.

^{Zdroj Foto: Wirla Pontes}