澳洲科學(xué)家用納米管在芯片上培育腦細(xì)胞

來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 時(shí)間:2017-05-22 13:32:34

澳洲科學(xué)家用納米管在芯片上培育腦細(xì)胞

[摘要]研究人員在芯片上安裝一個(gè)納米管支架,上面放置腦細(xì)胞,加入培養(yǎng)液,觀察細(xì)胞生長(zhǎng),目的是了解大腦神經(jīng)元是怎樣建立回路的。

騰訊數(shù)碼訊(天空之城)信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元出發(fā),抵達(dá)另一個(gè)神經(jīng)元,如是形成了人類(lèi)思維。這些連接是怎樣形成的?我們所知甚少。為了了解腦信號(hào)的處理過(guò)程,澳大利亞科研人員在半導(dǎo)體芯片上造了一個(gè)納米管支架,它可以幫助腦細(xì)胞生長(zhǎng)、形成回路。最近,科研人員在《納米通訊》(Nano Letters)雜志上介紹了新設(shè)備。

未來(lái)我們也許可以看到大腦芯片,不過(guò)科研人員開(kāi)發(fā)的神經(jīng)支架相去還很遙遠(yuǎn)。澳大利亞國(guó)立大學(xué)生物材料工程師高塔姆(Vini Gautam)說(shuō),它的確可以幫助科學(xué)家了解神經(jīng)元是怎樣生長(zhǎng)的,又是如何連接的。

要在實(shí)驗(yàn)室重建神經(jīng)元回路,對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。大腦神經(jīng)元的連接與溝通方式是有秩序的。但在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)細(xì)胞的重建卻是隨意的,受到實(shí)驗(yàn)條件的限制,回路與真實(shí)大腦的回路不一樣。

高塔姆說(shuō):“理解大腦神經(jīng)元回路是如何形成的,這是神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)根本問(wèn)題?!边B接成為人類(lèi)處理信息的根本,理解連接可以幫助人類(lèi)找到治療精神疾病的有效方法。

高塔姆和同事創(chuàng)造一個(gè)環(huán)境,引導(dǎo)神經(jīng)元生長(zhǎng),讓它們建立自然、協(xié)同的連接。為了達(dá)到目標(biāo),研究團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)納米管支架,它是用磷化銦制造的。這種半導(dǎo)體材料用在納米電子中,所以相當(dāng)有名,比如制造LED、太陽(yáng)能電池時(shí)就會(huì)用到它。高塔姆說(shuō),沒(méi)有人用磷化銦與大腦細(xì)胞建立連接。

研究人員將納米管排列成方形網(wǎng)格,每個(gè)支架上放置約50個(gè)嚙齒動(dòng)物的腦細(xì)胞,然后加入培養(yǎng)液,觀察它們的生長(zhǎng)狀況。

幾天之后,神經(jīng)元生成了神經(jīng)突。在大腦內(nèi)部,長(zhǎng)而薄的神經(jīng)突從細(xì)胞體伸展出來(lái),與其它神經(jīng)元連接,結(jié)點(diǎn)就是突觸。在高塔姆的納米管支架上,神經(jīng)元長(zhǎng)出神經(jīng)突,它們?cè)诰Ц裆蠑U(kuò)張,通過(guò)突觸與其它細(xì)胞連接。

高塔姆說(shuō):“我以前觀察過(guò)許多神經(jīng)元細(xì)胞。”不過(guò)這些神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)是隨意的。她還說(shuō):“這一次不同,我用顯微鏡觀察支架,發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的現(xiàn)象:細(xì)胞的突觸以直線的形式排成網(wǎng)格?!?/p>

這是一件好事,意味著突觸的生長(zhǎng)是可以用支架的形狀引導(dǎo)的,研究人員可以控制它的生長(zhǎng)。與此同時(shí),細(xì)胞以自然的方式連接,細(xì)胞之間的通信也是協(xié)同的,正如大腦一樣。將上述因素整合在一起,我們就可以得出一個(gè)結(jié)論:支架是一個(gè)很好的平臺(tái),可以幫助科學(xué)家研究生物神經(jīng)元回路。

研究團(tuán)隊(duì)用掃描電子顯微術(shù)監(jiān)控細(xì)胞的生長(zhǎng),用功能性鈣成像技術(shù)評(píng)估神經(jīng)元的溝通效果。

現(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)優(yōu)化了支架,它可以更好模擬大腦的生理特征,研究人員用它調(diào)查神經(jīng)元回路的形成機(jī)制。高塔姆希望他們可以最終開(kāi)發(fā)出大腦假體,如果人的神經(jīng)元回路因?yàn)槭軅蛘呒膊〕霈F(xiàn)問(wèn)題,可以用假體修復(fù)。

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