Новий «мозок-на-чіпі» моделює зв'язок між відділами мозку

На знімку видно різні області моделі головного мозку, що з'єднуються між собою довгими відростками нейронів, аксонами.

Вчені з Гарвардського університету (Harvard University) розробили мультирегіональну модель «мозку-на-чіпі». Пристрій відтворює зв'язок між трьома різними відділами мозку. Модель вже почала використовуватися для детального вивчення відмінностей між нейронами з різних регіонів мозку і моделювання системних зв'язків.

Результати дослідження опубліковані в Journal of Neurophysiology.

"Мозок - це щось куди більше, ніж окремі нейрони, - розповідає співавтор роботи Бен Маоз (Ben Maoz), член Групи біофізики захворювань (Disease Biophysics Group) у гарвардській Школі технічних і прикладних наук Джона Полсона (John Paulson School of Engineing and Appled, БАГАТО. Займаючись моделюванням мозку, ви повинні відтворювати і ці зв'язки, оскільки багато захворювань порушують саме їх ".

«Приблизно 26% бюджету американської охорони здоров'я витрачається на боротьбу з неврологічними і психічними захворюваннями, - розповідає Кіт Паркер (Kit Parker), професор біоінженерії і прикладної фізики з SEAS. - Розробка інструментів, які можуть допомогти медикам полегшувати страждання пацієнтів з неврологічними і психіатричними діагнозами - це не тільки жест гуманізму, але і кращий спосіб зменшити витрати».

Дослідники створили модель, що відтворює три області мозку, які найбільшою мірою страждають при шизофренії. Це мигдалевидне тіло (мигдалина або амігдала), гіпокамп і префронтальна кора.

Робота почалася з визначення будови клітин, експресії білків, обмінних процесів та електричної активності in vitro, окремо для кожної з областей.

"Немає нічого дивного в тому, що нейрони різних відділів мозку відрізняються один від одного. Дивно лише, наскільки вони відрізняються, - розповідає співавтор дослідження Стефані Донт (Stephanie Dauth), співробітниця Групи біофізики захворювань. - Ми виявили, що багато показників in vitro змінюються залежно від того, з якою областю мозку ми працюємо. І те, з якого відділу мозку були отримані нейрони, має значення ".

Потім група дослідників почала вивчати зміни, що відбувалися в нейронах, коли ті взаємодіяли один з одним. Для цього вчені виростили групи клітин окремо один від одного і дали їм можливість «спілкуватися» через провідні шляхи, вбудовані в чіп.

Дослідники знову виміряли електричну активність та інші показники і виявили, що нейрони з одних областей мозку, контактуючи з клітинами з інших, істотно змінюються.

"Коли клітини різних відділів мозку взаємодіють один з одним, вони зазнають ряд змін. Змінюється будова клітин, змінюються електрофізіологічні характеристики, змінюються внутрішні характеристики нейронів, - пояснює Маоз. - Це показує нам, наскільки важливо використовувати клітини з різних областей мозку в ході проведення експериментів in vitro. Особливо якщо дослідження присвячені впливу хвороб на пов'язані між собою ділянки мозку ".

Щоб продемонструвати ефективність нової моделі «мозку-на-чіпі», дослідники додали в клітини з різних регіонів мозку фенциклідину гідрохлорид, більш відомий як PCP. Вплив цієї речовини в експерименті моделює шизофренію. Пристрій дозволив вченим вперше одночасно оцінити вплив хімічної сполуки і на окремі області мозку, і на зв'язки цих областей між собою.

Нова модель «мозку-на-чіпі» може бути корисна у вивченні неврологічних і психічних захворювань, у тому числі - наркотичних залежностей, посттравматичних стресових розладів і черепно-мозкових травм.