Facebook

Instagram

Konstgjorda nervceller nästan som biologiska


2023-01-16

Padinhare Cholakkal Harikesh arbetar med de kemiska transistorerna och skapar en ny skapelse. Det gula ljuset beror på att de flesta ljusfrekvenser filtreras bort i det så kallade renrummet där arbetet sker.
Bild: Thor Balkhed
Padinhare Cholakkal Harikesh arbetar med de kemiska transistorerna och skapar en ny skapelse. Det gula ljuset beror på att de flesta ljusfrekvenser filtreras bort i det så kallade renrummet där arbetet sker.

Artificiella nervceller utvecklade vid Linköpings universitet.
Bild: Thor Balkhed
Artificiella nervceller utvecklade vid Linköpings universitet.

Forskare vid Linköpings universitet (LiU) har skapat en artificiell organisk neuron som nära efterliknar biologiska nervcellers egenskaper. Denna artificiella neuron kan stimulera naturliga nerver, vilket gör den till en lovande teknologi för olika medicinska behandlingar i framtiden.

Arbetet med att utveckla allt mer funktionella artificiella nervceller fortsätter vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE. I början av 2022 demonstrerade en grupp forskare under ledning av docent Simone Fabiano hur en artificiell organisk neuron kunde integreras i en levande köttätande växt och få denna att öppna och stänga sig. Denna syntetiska nervcell uppfyllde två av de 20 egenskaper som skiljer den från en biologisk nervcell.

I sin senaste studie, publicerad i tidskriften Nature Materials, har samma forskare utvecklat en ny artificiell nervcell som kallas "konduktansbaserad organisk elektrokemisk neuron", c-OECN, som nära efterliknar 15 av de 20 neurala egenskaper som kännetecknar biologiska nervceller. Det gör dess funktion mycket mer lik naturliga nervceller.

– En av utmaningarna med att skapa artificiella neuroner som liknar verkliga nervceller är förmågan till jonmodulering. Traditionella artificiella neuroner gjorda av kisel kan efterlikna många egenskaper men kan inte kommunicera genom joner. Däremot använder c-OECN joner för att efterlikna flera nyckelegenskaper i biologiska nervceller, säger Simone Fabiano, forskningsledare för organisk nanoelektronik vid LOE.

2018 var forskargruppen vid LiU en av de första att utveckla organiska elektrokemiska transistorer baserade på ledande polymerer av n-typ, vilket är material som kan leda negativa laddningar. Det gjorde det möjligt att bygga tryckbara organiska elektrokemiska kretsar, och sedan dess har gruppen optimerat transistorerna så att de kan tryckas på en tunn plastfolie. Därmed är det nu möjligt att skriva ut tusentals transistorer på ett flexibelt substrat och använda dem för att utveckla artificiella nervceller.

I den nyutvecklade artificiella neuronen används joner för att kontrollera flödet av elektrisk ström genom en ledande polymer av n-typ, vilket leder till toppar i enhetens spänning. Denna process liknar den som sker i biologiska nervceller. Materialet i den konstgjorda nervcellen gör också att strömmen kan ökas och minskas i en nästan perfekt klockformad kurva som liknar aktivering och inaktivering av natriumjonkanaler inom biologin.

– Flera andra polymerer visar detta beteende, men bara stela polymerer är motståndskraftiga mot störningar, vilket möjliggör stabil drift av enheten, säger Simone Fabiano.

I experiment utförda i samarbete med Karolinska Institutet (KI) kopplades de nya c-OECN-neuronerna till vagusnerven hos möss. Resultaten visar att den artificiella neuronen kunder påverka mössens nerver, vilket orsakade en förändring på 4,5 procent i djurens hjärtfrekvens.

Att den artificiella neuronen kan stimulera vagusnerven kan på sikt kunna bana väg för viktiga tillämpningar inom olika former av medicinsk behandling. Generellt sett har organiska halvledare fördelen av att vara biokompatibla, mjuka och formbara, medan vagusnerven spelar en nyckelroll i till exempel kroppens immunförsvar och ämnesomsättning.

Nästa steg för forskarna blir nu att minska energiförbrukningen för de artificiella neuronerna, som fortfarande är mycket högre än för mänskliga nervceller. Mycket arbete återstår att göra för att helt efterlikna naturen på konstgjord väg.

– Det är mycket vi fortfarande inte helt förstår om den mänskliga hjärnan och nervcellerna. Faktum är att vi inte vet hur nervcellen använder alla de 15 egenskaper vi visat i studien. Att härma nervcellerna kan göra det möjligt för oss att förstå hjärnan bättre och bygga kretsar som kan utföra intelligenta uppgifter. Vi har en lång väg framför oss, men den här studien är en bra början, säger Padinhare Cholakkal Harikesh, postdok och huvudförfattare till den vetenskapliga artikeln.

Studien finansierades av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, Olle Engkvists Stiftelse, Vinnova, Europeiska kommissionen samt det strategiska forskningsområdet för avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.


Källa: Linköpings universitet

Tipsa en vän Skriv ut



Forskarna bakom studien: Ignacio Mir-Sanchis, Gianluca Debiasi-Anders och Cuncun Qiao vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysk.
Forskarna bakom studien: Ignacio Mir-Sanchis, Gianluca Debiasi-Anders och Cuncun Qiao vid Institutionen för medicinsk kemi och biofysk.

Rörelser i proteiner ger ledtrådar till spridning av antibiotikaresistens

Forskare vid Umeå universitet har upptäckt hur en viss typ av protein rör sig för att DNA ska kopieras. Upptäckten kan få konsekvenser för förståelsen...

Läs mer
Hexagon
Alexandra Stubelius, medicine doktor och forskare på avdelningen för kemisk biologi på Chalmers Tekniska Högskola.

Ny teknik stärker utveckling av nanomedicin mot artros

Alexandra Stubelius utvecklar nanomediciner – läkemedel baserade på nanopartiklar...

Läs mer


Nyskapande samarbete för att utveckla 3D-printat mykoprotein tilldelas miljonanslag från EU

Innovativa FoodTech-företagen Mycorena och Revo Foods tar sig an ett gemensamt projekt fö...

Läs mer
Padinhare Cholakkal Harikesh arbetar med de kemiska transistorerna och skapar en ny skapelse. Det gula ljuset beror på att de flesta ljusfrekvenser filtreras bort i det så kallade renrummet där arbetet sker.

Konstgjorda nervceller nästan som biologiska

Forskare vid Linköpings universitet (LiU) har skapat en artificiell organisk neuron som nä...

Läs mer

Syntetisk byggställning kan hjälpa lungan att repareras vid KOL

Forskning Lunds universitet: cellinstruerande byggställning som efterliknar lungornas luftblåsor, kan komma att ersätta vävnadsbortfallet vid sjukdomen KOL. Byggställningen som liknar en porös tvättsvamp, proppas full av tillväxtfaktorer som styr lungcellerna i uppbyggandet av ny vävnad.

En cellinstruerande byggställning som efterliknar lungornas luftblåsor, kan komma att...

Läs mer
Genom visualisering skapas kartor över vävnadssnitt från ett dussintal tumörer för att se hur cellerna som identifierats i studien är organiserad i tumörvävnaden. Här en cellkarta över ett 2x1,5 mm stort tumörsnitt.

Ny metod för kartläggning av cancerceller banar väg för behandling av obotlig hjärncancer hos barn

Barn som diagnostiserats med hjärncancer dör ofta inom ett år efter sin första...

Läs mer

BioInnovation stödjer utveckling av biobaserade processer

Dagens företag måste visa att de kan leverera när det gäller både...

Läs mer
André Änghede Haraldsson, sjukhusfysiker och Petronella Lannerheim, onkologisjuksköterska är två av krafterna bakom införandet av den ny stråltekniken.

Ny strålteknik anpassas i realtid till tumörens rörelser under behandling

Skånes universitetssjukhus är först ut i Norden med en ny teknik inom strå...

Läs mer
Maria Åhman, Quality Assurance Manager för Diamyd Medical i Umeå.

Diamyd Medical växer i Umeå - anställer fler

Diamyd Medical fortsätter att rekrytera personal i Umeå. Nu anställs nya...

Läs mer
Cancerceller, i rött, använder sig av det vita proteinet Memo1 för att binda de gröna kopparjonerna.

En ledtråd av koppar i kampen mot cancer

För att cancerceller ska kunna växa och sprida sig i kroppen tar de hjälp av...

Läs mer


Tredje implantationen på djur genomförd – försöken fortsätter

Realheart har genomfört en tredje implantation på får i syfte att testa den...

Läs mer


Mest lästa











BK Services


pdat Elmia

solidmakarna

Smart Storing

ifm electronic ab

Villiam Petersen tandhjulsfabriken






JJgruppen
Unica Media AB © 2014
Org.nr 556961-2624
Unica Media AB
Hammarby Fabriksväg 23
120 30 Stockholm

Kontakt
info(at)unicamedia.se
Annonsering
annons(at)unicamedia.se