Oamenii de ştiinţă au creat un neuron artificial care poate stimula nervii naturali, ceea ce-l face o tehnologie promiţătoare pentru diferite tratamente medicale în viitor.
Un neuron organic artificial, care imită îndeaproape caracteristicile celulelor nervoase biologice, a fost creat de cercetătorii de la universitatea Linköping (LiU), din Suedia.
În 2022, o echipă de oameni de ştiinţă condusă de profesorul asociat Simone Fabiano a demonstrat modul în care un neuron organic artificial ar putea fi integrat într-o plantă carnivoră vie pentru a controla deschiderea şi închiderea mecanismului său de captare. Această celulă nervoasă sintetică a îndeplinit 2 din cele 20 de caracteristici care o diferenţiază de o celulă nervoasă biologică.
În cel mai recent studiu al echipei, publicat joi, în revista Nature Materials, aceiaşi cercetători de la LiU au dezvoltat o nouă celulă nervoasă artificială numită „neuron electrochimic organic bazat pe conductanţă” sau c-OECN, care imită îndeaproape 15 din cele 20 de trăsături neuronale care caracterizează celulele nervoase biologice, făcându-l să funcţioneze foarte asemănător cu celulele nervoase naturale.
„Una dintre provocările cheie în crearea de neuroni artificiali care imită eficient neuronii biologici reali este capacitatea de a încorpora modularea ionică. Neuronii artificiali tradiţionali din siliciu pot emula multe caracteristici neuronale, dar nu pot comunica prin ioni.
În schimb, c-OECN folosesc ioni pentru a demonstra mai multe caracteristici cheie ale neuronilor biologici reali”, spune Simone Fabiano, cercetător principal al grupului de Nanoelectronică organică de la LOE.
În 2018, cercetatorii de la LOE au fost printre primii care au dezvoltat tranzistori electrochimici organici bazaţi pe polimeri conductori de tip n, respectiv materiale care pot conduce sarcini negative. Asta a făcut posibilă construirea unor circuite electrochimice organice complementare care pot fi imprimate.
De atunci, grupul lucrează la optimizarea acestor tranzistori, astfel încât să poată fi tipăriţi într-o presă de tipărire pe o folie subţire de plastic.
Ca rezultat, în prezent este posibilă imprimarea unor tranzistori pe un substrat flexibil folosiţi pentru a dezvolta celule nervoase artificiale.
În neuronul artificial nou dezvoltat, ionii sunt utilizaţi pentru a controla fluxul de curent electronic printr-un polimer conducător de tip n, ceea ce creează vârfuri de tensiune în dispozitiv.
Acest proces este similar cu cel care are loc în celulele nervoase biologice. Materialul unic din celula nervoasă artificială permite, de asemenea, creşterea şi scăderea curentului într-o curbă aproape perfectă în formă de clopot, care seamănă cu activarea şi inactivarea canalelor ionice de sodiu în biologie.
„Câţiva alţi polimeri prezintă acest comportament, dar numai polimerii rigizi sunt rezistenţi la dezordine, permiţând funcţionarea stabilă a dispozitivului”, spune Simone Fabiano.
În experimentele efectuate în colaborare cu Institutul Karolinska (KI), noii neuroni c-OECN au fost conectaţi la nervul vag al unor şoareci. Rezultatele arată că neuronul artificial ar putea stimula nervii şoarecilor, provocând o schimbare de 4,5% a ritmului cardiac.
Faptul că neuronul artificial poate stimula însuşi nervul vag ar putea, pe termen lung, să deschidă calea pentru aplicaţii esenţiale în diferite forme de tratament medical.
În general, semiconductorii organici au avantajul de a fi biocompatibili, moi şi maleabili, în timp ce nervul vag joacă un rol cheie, de exemplu, în sistemul imunitar şi metabolismul organismului.
Următorul pas pentru cercetători va fi reducerea consumului de energie al neuronilor artificiali, care este încă mult mai mare decât cel al celulelor nervoase umane.
„Sunt multe lucruri pe care încă nu le înţelegem pe deplin despre creierul uman şi celulele nervoase. De fapt, nu ştim cum celula nervoasă foloseşte multe dintre aceste 15 caracteristici demonstrate”, a declarat Padinhare Cholakkal Harikesh, autorul principal al acestei lucrări ştiinţifice.
Potrivit acestuia, imitarea celulelor nervoase le-ar putea permite oamenilor de ştiinţă să înţeleagă mai bine creierul şi să construiască circuite capabile să îndeplinească sarcini inteligente.
„Avem un drum lung înainte, dar acest studiu este un început bun”, a concluzionat cercetătorul.
Lucrările pentru dezvoltarea celulelor nervoase artificiale din ce în ce mai funcţionale continuă la Laboratorul de Electronică Organică (LOE).
