Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Sztuczny neuron już wkrótce?

Recommended Posts

Badacze z Karolinska Institutet i Linköping University są już naprawdę blisko stworzenia sztucznego neuronu, który porozumiewa się ze swoimi naturalnymi odpowiednikami za pomocą neuroprzekaźników. Stosowane dotąd metody bazowały na stymulowaniu układu nerwowego impulsami elektrycznymi. W ten właśnie sposób działa np. implant ślimakowy. Elektroda jego wewnętrznej części pobudza bowiem bezpośrednio nerw słuchowy.

Problem z implantem polega jednak na tym, że stymulowane są wszystkie komórki w otoczeniu elektrody, co wywołuje niepożądane efekty. By temu zaradzić, Szwedzi posłużyli się przewodzącym prąd plastikiem. Uzyskali nowy typ elektrody dostawczej, która wydziela neuroprzekaźniki. Ma to jeden duży plus – na dany związek reagują tylko neurony wyposażone w odpowiednie receptory.

Zespół zademonstrował, że dzięki elektrodzie dostawczej da się kontrolować słyszenie u świnek morskich. Zdolność dostarczania dokładnych dawek neuroprzekaźników otwiera zupełnie nowe możliwości korygowania systemu sygnalizacji, który nie działa prawidłowo w wielu chorobach neurologicznych – podkreśla profesor Agneta Richter-Dahlfors, prowadząca badania razem z prof. Barbarą Canlon.

Przyszłe prace skoncentrują się na skonstruowaniu niewielkiego programowalnego elementu, wszczepianego do organizmu pacjenta. Działałby on tak często, jak trzeba, wydzielając precyzyjnie odmierzone dawki neuroprzekaźników. Obecnie Szwedzi zajmują się tego typu rozwiązaniami dla chorych z niedosłuchem/głuchotą, padaczką i parkinsonizmem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dopamina, serotonina, adrenalina... Od ich właściwych proporcji zależy płynne funkcjonowanie ludzkiego mózgu. Zaburzenia oznaczają choroby. Dlatego tak ważne jest, by umieć wykrywać takie zaburzenia jak najwcześniej. Zanim jeszcze pojawią się widoczne objawy. Można to będzie robić szybko, prosto i tanio, dzięki pracy zespołu pod kierunkiem prof. Martina Jönsson-Niedziółki z IChF PAN.
      Dążymy do tego, żeby wykrywać neuroprzekaźniki w jak najniższych stężeniach i bez dodatkowego przygotowania próbki - opowiada autorka pracy opublikowanej w Analytical Chemistry, mgr Magdalena Kundys-Siedlecka. W pracy, którą właśnie opublikowaliśmy, udowodniłam, że w mysim serum (czyli krwi bez czerwonych krwinek) potrafię wykryć serotoninę w stężeniu tak niskim, jakie można znaleźć fizjologicznie.
      Serotonina bywa nazywana hormonem szczęścia, zasadne wydało się zatem pytanie, czy chodziło o stężenie u myszy szczęśliwych czy nieszczęśliwych?
      Wydaje mi się, że badane przez nas myszy były takie... zwyczajne – uśmiecha się szef pracowni, prof. Martin Jönsson-Niedziółka - ani szczęśliwe, ani nieszczęśliwe, a poziom serotoniny u nich statystycznie wyrównany.
      A skąd w ogóle pomysł na taką metodę? Po pierwsze - chcieliśmy wykrywać wiele neuroprzekaźników równocześnie, w tej samej próbce - tłumaczy Magdalena Kundys. Po drugie – w niskich, fizjologicznych stężeniach, co pozwoliłoby wcześnie wykryć ewentualną chorobę. Po trzecie – w jak najmniej przetworzonej próbce: pobrać krew, ślinę, albo np. płyn mózgowo-rdzeniowy i bez dodatkowych przygotowań te neuroprzekaźniki tam ujawnić.
      Mówi się np., że choroba Alzheimera jest wywoływana przez niedobór dopaminy w konkretnych rejonach mózgu, ale w rzeczywistości mechanizmy chorobowe są dużo bardziej skomplikowane. Zwykle nie decyduje nadmiar lub niedobór tylko jednego neuroprzekaźnika, lecz raczej niewłaściwa ich mieszanina. Jeśli uda się dowiedzieć, jakie są stężenia różnych związków w jednej próbce, pobranej w tym samym momencie, z tego samego miejsca, można o wiele precyzyjniej wypowiadać się o tym, co tak naprawdę jest przyczyną takich czy innych objawów chorobowych.
      Jak naszym naukowcom udało się tego dokonać? Kluczem jest wirowanie próbki na elektrodzie. Dzięki temu wymuszany jest szybszy transport masy. Zwiększamy wielokrotnie wydajność reakcji i przyspieszamy pomiar - chwali się mgr Kundys-Siedlecka. Limit detekcji jest ekstremalnie niski. Jesteśmy przy tym w stanie wykryć wszystkie neuroprzekaźniki, które są elektrochemicznie aktywne, czyli podlegają procesom utleniania i redukcji. Ja pokazuję, jak jednocześnie oznaczać dwa z nich: dopaminę i serotoninę. Muszę dodać, że dopaminę identyfikujemy bez pudła, choć jest bardzo podobna do innych: adrenaliny, noradrenaliny i jeszcze paru katecholamin - uśmiecha się badaczka.
      Można by porównać te działania do szukania trawy w trawie. Próbka jest wielką łąką, a my chcemy na niej znaleźć, powiedzmy, kłosownicę wśród turówki. I to się udaje! To możliwe tylko dzięki dobrze zmodyfikowanym elektrodom, które odseparowują sygnały od różnych neuroprzekaźników.
      Oczywiście pomiar we krwi pozwala tylko na bardzo przybliżone określenie stężeń. Przecież wiadomo, że neuroprzekaźniki są wydzielane w różnych obszarach mózgu, a także poza mózgiem. Np. jeśli dany neuroprzekaźnik jest wydzielany w nerkach, to jego stężenie w moczu będzie inne niż we krwi czy łzach.
      W kolejnym etapie badań chcielibyśmy sprawdzić, czy nasza metoda tak samo precyzyjnie wykrywa neuroprzekaźniki we krwi człowieka, jak robi to u myszy - opowiada badaczka. Jeśli to się potwierdzi, będzie można pobierać od pacjenta mniej krwi –wystarczy praktycznie kropla (70 mikrolitrów), by oznaczyć wiele takich substancji, a dążymy do tego, by wykrywać jeszcze niższe stężenia, co dawałoby możliwość oznaczania np. dopaminy w płynach innych niż krew, takich, które w ogóle nie bolą przy pobieraniu.
      Serotoninę umiemy już wykrywać w stężeniach podobnych do ludzkich - precyzuje prof. Jönsson-Niedziółka. Z dopaminą – najciekawszym z neuroprzekaźników – jeszcze się nam nie udaje, a inne mają tak niskie stężenia, że potrzebujemy modyfikacji powierzchni elektrodowej, a zapewne i całej metody, żeby z dużym prawdopodobieństwem powiedzieć, że wykrywamy je w nieprzygotowanej próbce. Wiemy natomiast, że przy wyższych stężeniach umiemy już odseparować sygnały serotoniny i dopaminy w tej samej próbce.
      Nasza metoda to dwie korzyści dla każdego szpitala, który zechce ją zastosować: po pierwsze, czas – w przypadku serotoniny to najszybsza znana metoda wykrywania, od pobrania do wyniku upływa mniej niż godzina; no, chyba że próbkę trzeba przewieźć” – precyzuje profesor. „Po drugie, koszt – metoda jest tania, a sprzęt może obsługiwać technik laborant po krótkim przeszkoleniu.
      Wymagana jest głównie cierpliwość – uśmiecha się mgr Kundys-Siedlecka. Pozostaje czekać, aż efekty badań zespołu IChF PAN trafią pod szpitalne strzechy, pomogą poznać mechanizmy rozwoju takich chorób, jak depresja czy alzheimer i usprawnią ich leczenie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Kwasy omega-3, które występują m.in. w olejach rybich, chronią nerwy przed uszkodzeniem i przyspieszają ich regenerację. To doskonała wiadomość dla pacjentów, którzy wskutek choroby czy urazu zmagają z bólem, paraliżem czy osłabieniem siły mięśniowej.
      Naukowcy z Queen Mary, University of London, których artykuł ukazał się w Journal of Neuroscience, skoncentrowali się na komórkach nerwów obwodowych. Mogą się one regenerować, ale mimo postępów w zakresie chirurgii, dobre rezultaty osiąga się raczej przy lekkich urazach.
      Na początku Brytyjczycy przyglądali się izolowanym mysim neuronom. Rozciągając je lub pozbawiając dopływu tlenu, symulowali uszkodzenia powstające podczas wypadku lub urazu. Oba zabiegi zabiły wiele komórek, ale podanie kwasów omega-3 zadziałało jak zabezpieczenie, znacznie ograniczając śmierć komórkową. W następnym etapie akademicy badali nerw kulszowy gryzoni. Stwierdzili, że dzięki kwasom omega-3 regenerował się szybciej i w większym zakresie. Dodatkowo zmniejszało się prawdopodobieństwo zaniku mięśni w następstwie uszkodzenia nerwu.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      System kontroli lotu ważek to interesująca kwestia, ale nie dało się jej badać przy użyciu dotychczasowego sprzętu telemetrycznego. Był na tyle ciężki, że owady nie zachowywały się w nim naturalnie. Zmieniło się to dzięki bezprzewodowemu chipowi, zasilanemu nie przez baterie, ale bezprzewodowo.
      Urządzenie jest wspólnym dziełem Matta Reynoldsa z Duke University i Reida Harrisona z Intan Technologies. Powstało dla naukowców z Howard Hughes Medical Institute (HHMI), którzy zbierają informacje, przymocowując elektrody do pojedynczych neuronów łańcuszka nerwowego. Istotnym elementem ich pracy jest zapisywanie aktywności elektrycznej komórek nerwowych i mięśni.
      Wcześniejsze systemy nagrywania aktywności neuronalnej wymagały dużych baterii. Ważki nie mogły ich unieść, dlatego badano unieruchomione owady, które obserwowały obraz z projektora. Akademicy wiążą z nowym urządzeniem spore nadzieje, bo jeśli wszystko pójdzie po ich myśli, za jego pomocą będzie można badać nie tylko ważki, ale i inne małe zwierzęta. Wyeliminowanie baterii to szansa na "odchudzenie" aparatury i jej zminiaturyzowanie.
      Testy systemu prowadzono na specjalnej arenie. To tutaj umieszczano zasilający chip nadajnik. Ustalono, że chip przesyła dane w czasie rzeczywistym z prędkością do 5 megabitów na sekundę. Biolodzy zamierzają zestawiać dane pozyskiwane z neuronów z nagraniami szybkoklatkowymi ważek polujących na muszki owocowe. Szacują, że rozpoczną eksperymenty w ciągu najbliższych miesięcy. Chip z 2 antenkami ma być mocowany do spodniej części odwłoka, nie będzie więc przeszkadzać w poruszaniu skrzydłami.
      Średnia waga badanych ważek wynosi ok. 400 miligramów. Anthony Leonardo z HHMI ocenia, że bez szkody dla lotu i polowania owad jest w stanie unieść mniej więcej jedną trzecią swojej wagi, tymczasem dzisiejsze wielokanałowe systemy telemetryczne ważą 75-150 razy więcej niż ważka (bez baterii). Wcześniej Harrison i Leonardo opracowali co prawda zasilany baterią system specjalnie dla owadów, ale ponieważ ważył 130 miligramów, ważki musiały się wysilić, żeby go unieść. Na takim tle chip o wadze zaledwie 38 miligramów wydaje się lekki jak piórko. Co ważne, ma on 15 razy większą szerokość pasma niż urządzenie poprzedniej generacji.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zwiększenie przyjmowanych dawek witamin z grupy B może zmniejszyć stres związany z pracą (Human Psychopharmacology).
      W ramach 3-miesięcznego eksperymentu naukowcy ze Swinburne University of Technology podawali połowie ochotników suplementy z wysoką dawką witamin B, a reszcie (grupie kontrolnej) placebo.
      Na początku studium Australijczycy zbadali wszystkich 60 ochotników za pomocą testów osobowościowych. Oceniano także wymogi dot. ich pracy, nastrój, poziom lęku i stresu. Badania powtórzono po 1 i 3 miesiącach.
      Na końcu 3-miesięcznego okresu osoby z zażywającej witaminy B grupy eksperymentalnej wspominały o o wiele niższym poziomie stresu związanego z pracą niż na początku. Doświadczały one niemal 20-proc. spadku natężenia odczuwanego stresu. W grupie kontrolnej nie zaszły żadne znaczące zmiany - opowiada prof. Con Stough.
      Czemu się tak stało? Witamina B, która znajduje się w nieprzetworzonym pokarmach, takich jak mięso, rośliny strączkowe czy pełne ziarna, jest integralną częścią syntezy neuroprzekaźników koniecznych dla psychologicznego dobrostanu [witamina B6 jest np. zaangażowana w produkcję dopaminy czy serotoniny].
      Mniej zestresowany pracownik jest zdrowszy i bardziej produktywny. Korzyści z jedzenia i zażywania suplementów z witaminami z grupy B odnoszą więc wszyscy. Stough przestrzega jednak przed huraoptymizmem. Wg niego, trzeba jeszcze określić wpływ suplementów z witaminą B na większej grupie. Najlepiej przez 2-3 lata.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W pełni dojrzałe komórki wątroby laboratoryjnych myszy można bezpośrednio przekształcić w działające neurony. Wystarczy za pomocą wirusa wprowadzić do hepatocytów 3 geny. Komórek nie trzeba nawet wcześniej przeprogramowywać, by uzyskać jako etap przejściowy indukowane komórki macierzyste (Cell Stem Cell).
      Przed 2 laty ta sama grupa naukowców ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Stanforda zademonstrowała, że da się przeprowadzić bezpośrednią transformację mysich fibroblastów (najliczniejszych komórek tkanki łącznej właściwej) do neuronów.
      Dr Marius Wernig podkreśla, że w przechodzących przemianę hepatocytach dochodzi jednocześnie do wyciszenia typowego dla wątroby profilu ekspresji genów. [Nowe komórki] nie są więc hybrydami; one całkowicie zmieniają swoją tożsamość.
      Do analizy profilu ekspresji genetycznej naukowcy wykorzystali metodę stworzoną przez doktora Stephena Quake'a (także z Uniwersytetu Stanforda). W ten sposób mogli wykazać, że przekształcane fibroblasty i hepatocyty nie tylko wyglądają i funkcjonują jak neurony, ale i całkowicie zastopowują ekspresję związaną z wcześniejszymi tożsamościami tkankowymi. Amerykanie bezsprzecznie potwierdzili, że nowe neurony rzeczywiście powstały z hepatocytów. Dodatkowo ustalili, że nawet w prawdziwych neuronach ma miejsce niewielka ekspresja genów wątroby; przypisano to szumowi transkrypcyjnemu, nazywanemu też szumem genomowym.
      Na razie nie wiadomo, na jakiej zasadzie zachodzi wyciszenie wcześniejszych profili ekspresji. Dopiero gdy uda się to ustalić, naukowcy będą mogli powiedzieć, czy komórki transróżnicowane, czyli przejmujące fenotyp innej zróżnicowanej komórki, wyjaśniają coś w kwestii różnych chorób i czy można je bezpiecznie stosować w terapii. Główny autor studium dr Samuele Marro i Werning tłumaczą, że przeważa nowy program genowy, lecz nadal można obserwować szczątkową "pamięć komórkową". Nie ma ona jednak znaczenia funkcjonalnego.
      Hepatocyty lepiej nadają się do przekształcania niż fibroblasty; są m.in. bardziej homogeniczną grupą komórek. To wielki sukces, że Amerykanom udało się przetransformować komórki pochodzenia endodermalnego (hepatocyty) w komórki ektodermalne (neurony).
      Badacze z Uniwersytetu Stanforda wprowadzili do hepatocytów dokładnie te same geny, co do fibroblastów: Brn2, Ascl1 i Myt1l. Jak fibroblasty, w ciągu 2 tygodni hepatocyty zaczęły przejawiać cechy neuronów, a w ciągu 3 tyg. dochodziło do ekspresji neuronalnych genów. W tym samym czasie doszło do stłumienia ekspresji genów wątrobospecyficznych.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...