Międzynarodowa grupa badawcza pod kierunkiem prof. Franceski Santoro z Forschungszentrum Jülich stworzyła inteligentny biochip, który naśladuje działanie ludzkiej siatkówki oka. Zespół ma nadzieję, że dzięki temu implantowi będzie możliwe skorygowanie nieprawidłowego działania ciała i mózgu. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nature Communications.
Chip przywróci wzrok, ale nie tylko
Siatkówka to warstwa tkanki nerwowej zlokalizowana w tylnej części oka, która odgrywa kluczową rolę w procesie widzenia. Znajdują się w niej 3 z 4 neuronów drogi wzrokowej (m.in. czopki i pręciki), które pozwalają na widzenie i rozumienie obrazów. Siatkówka jest częścią organizmu, którą cechuje największa konsumpcja tlenu na jednostkę masy ciała.
Czytaj też: Pomyśl słowo. Ten implant pomoże je odczytać bezpośrednio z twojego mózgu
Nowy chip może w przyszłości pomóc implantom siatkówki jeszcze lepiej połączyć się z ludzkim ciałem. Opiera się na przewodzących polimerach i cząsteczkach światłoczułych, które można wykorzystać do imitowania działania naturalnej siatkówki wraz ze drogami wzrokowymi.
Nasz organiczny półprzewodnik rozpoznaje, ile światła na niego pada. Coś podobnego dzieje się w naszym oku. Ilość światła docierającego do poszczególnych fotoreceptorów ostatecznie tworzy obraz w mózgu. Prof. Francesca Santoro
Chip składa się w całości z nietoksycznych składników organicznych, jest elastyczny i współpracuje z jonami, które naturalnie występują w naszym organizmie. Można go zatem zintegrować z układami biologicznymi znacznie lepiej niż konwencjonalne elementy półprzewodnikowe wykonane z krzemu, które są sztywne i działają tylko z elektronami.
Nowo powstały chip to projekt we wczesnej fazie realizacji. Póki co jest to tzw. dowód koncepcji, który udowadnia, że za jego pomocą można imitować typowe właściwości siatkówki. Naukowcy spekulują, że chip mógłby działać jako sztuczna synapsa, ponieważ ekspozycja na światło zmienia jego przewodność. Biologiczne synapsy działają właśnie w taki sposób – przekazują sygnały elektryczne, zmieniają swój rozmiar i wydajność, co jest podstawą uczenia się i zapamiętywania w mózgu.
Czytaj też: Kobieta odzyskała wzrok po tym, jak wszczepiono jej niewielki chip. Kolejni pacjenci czekają w kolejce
Grupa prof. Santoro pracuje nad alternatywnymi metodami komunikacji chipów bioelektronicznych z ludzką tkanką, zwłaszcza komórkami układu nerwowego. Biopolimery wykorzystane do stworzenia sztucznej siatkówki szczególnie dobrze nadają się do tego zastosowania, ponieważ mają zdolność naśladowania nie tylko trójwymiarowej organizacji komórek nerwowych, ale także ich funkcjonalności, takich jak przetwarzanie i przechowywanie informacji.
Możemy ich użyć do odtworzenia rozgałęzionej struktury ludzkich komórek nerwowych z ich licznymi dendrytami. Można to sobie wyobrazić trochę jak drzewo. Jest to o tyle ważne, że prawdziwe komórki wolą takie rozgałęzione, trójwymiarowe struktury od gładkich powierzchni i w ten sposób nawiązują bliski kontakt ze sztucznymi. Prof. Francesca Santoro
W przyszłości uczeni chcą aktywnie manipulować obwodami komunikacyjnymi ludzkich komórek, aby wywoływać konkretne efekty. Możliwe jest wspomożenie narządów, które nie działają prawidłowo, poprzez utworzenie interfejsu między chipem a żywą tkanką. Może to okazać się kluczowe m.in. do zwalczania chorób neurodegeneracyjnych, takich jak alzheimer czy parkinson.