Учёные совершили прорыв: создан первый в мире синтетический мозг

Группа биоинженеров из Калифорнийского университета в Риверсайде представила миру первую полностью синтетическую модель человеческого мозга. Их разработка, названная BIPORES, — это принципиально новый путь в науке, который может навсегда изменить подход к изучению работы мозга и отказаться от тестирования лекарственных препаратов на животных.

От биологии к химии: замена живого матрикса

Долгие годы главной проблемой в создании искусственных тканей мозга была необходимость воссоздать внеклеточный матрикс — сложнейшую трехмерную сеть, которая служит опорой для нервных клеток, обеспечивает их рост и правильное формирование связей. До сих пор ученые были вынуждены использовать биологические материалы, часто получаемые из животных источников, — такие белки, как ламинин или фибрин. Эти чужеродные компоненты не только вносили нежелательные переменные в эксперименты, но и ограничивали долгосрочную стабильность моделей.

Новая разработка калифорнийских ученых ломает эту парадигму. В ее основе лежит полиэтиленгликоль — химически нейтральный и биосовместимый полимер. Изначально PEG является для клеток чем-то вроде тефлона — они просто не могут на нем закрепиться и соскальзывают. Однако исследователям удалось совершить, казалось бы, невозможное: превратить этот материал в идеальную основу для жизни нейронов.

Секрет в порах: архитектура, вдохновленная природой

Ключ к успеху скрыт в уникальной микроархитектуре материала. Ученые создали не просто гель, а сложную пористую структуру, вдохновленную природными биогелями. Они сумели превратить его в подобие микроскопической губки, стабилизированной наночастицами кремнезема. Используя передовые технологии и методы 3D-печати, инженеры сформировали внутри материала сеть крошечных каналов.

Эти каналы играют роль кровеносной системы искусственного мозга. По ним свободно проходят кислород и питательные вещества, что позволяет нервным клеткам не просто выживать на поверхности, но и процветать в глубине конструкции, формируя сложные, объемные кластеры.

— Наш материал гарантирует, что клетки получают все необходимое для роста, организации и общения друг с другом в мозгоподобных кластерах, — поясняет доцент биоинженерии Иман Ношади.

Стабильность и зрелость: почему это важно для науки

Одним из самых значительных преимуществ BIPORES является его стабильность. Поскольку созданный каркас стабилен, он позволяет проводить долгосрочные исследования. Это особенно важно, поскольку зрелые клетки мозга лучше отражают реальную функцию ткани при изучении соответствующих заболеваний или травм.

Большинство существующих моделей не могут поддерживать жизнь клеток достаточно долго для того, чтобы те достигли зрелости. Новая же синтетическая ткань позволяет наблюдать за процессами, длящимися недели и даже месяцы, что важно для моделирования нейродегенеративных заболеваний, таких как Альцгеймер или Паркинсон, которые развиваются медленно.

Взгляд в будущее

Хотя текущий прототип искусственного мозга имеет скромный диаметр — всего два миллиметра, команда уже активно работает над его масштабированием. Но амбиции ученых простираются гораздо дальше. Они уже исследуют применение той же технологии для создания синтетической ткани печени.

Их конечная цель — создание целой сети миниатюрных органов, выращенных в лаборатории, которые могли бы взаимодействовать друг с другом, имитируя сложные системы человеческого тела. Такой подход, известный как «орган-на-чипе» или даже «тело-на-чипе», открывает фантастические перспективы. Он позволит не только тестировать лекарства на комплексных моделях, но и изучать, как заболевание одного органа влияет на состояние других.

Разработка биоинженеров из Калифорнийского университета — это фундаментальный сдвиг, приближающий нас к эре, где медицинские открытия будут совершаться быстрее, этичнее и точнее, а тайны человеческого мозга начнут постепенно раскрываться.