Një “qark neuronal” i ri bioinxhinierik, i quajtur BioConNet, u mundëson shkencëtarëve të ndërtojnë artificialisht rrjete nervore të ngjashme me ato të trurit njerëzor në shkallë të gjerë dhe të projektojnë çdo lloj qarku të mundshëm. Ky sistem plotësisht i programueshëm dhe me burim të hapur lejon krijimin e qarqeve të mëdha, ndërsa njëkohësisht ruan mundësinë për të studiuar lidhje individuale midis neuroneve.
Ky përbën një përparim të rëndësishëm në inxhinierinë e qarqeve nervore të ngjashme me ato njerëzore, sepse ofron një nivel më të lartë kompleksiteti të lidhjeve krahasuar me sistemet e mëparshme. BioConNet u jep shkencëtarëve kontroll më të madh mbi organizimin e neuroneve në kulturë krahasuar me metoda ekzistuese si organoidet dhe sistemet komerciale. Studimi është botuar në revistën **Advanced Healthcare Materials**.
“Duke kombinuar inxhinierinë dhe neurobiologjinë me teknikat më të fundit të kulturës së qelizave burimore, tani mund të krijojmë në laborator qarqe nervore njerëzore funksionale dhe komplekse në shkallë të gjerë,” tha autori kryesor Dr. Andrea Serio, studiues në Inxhinierinë e Indit Nervor në UK Dementia Research Institute në King’s dhe drejtues grupi kërkimor në Crick.
“Ne mund t’i përshtatim këto qarqe për eksperimente të ndryshme dhe për të kuptuar sëmundje specifike. Kjo do të na ndihmojë të kuptojmë mekanizmat e vdekjes së qelizave në sëmundjet neurodegjenerative dhe të testojmë terapi të reja të mundshme,” shtoi Dr. Serio.
Rritja e rrjeteve nervore biologjike
Studiuesit në Institutin e Psikiatrisë, Psikologjisë dhe Neuroshkencës kombinuan teknologjinë mikrofluidike — një teknikë që manipulon sasi shumë të vogla lëngjesh rreth një kulture qelizore — me kallëpe të printuara në 3D për të formuar një polimer biokompatibil me forma të përshtatshme për të drejtuar zhvillimin e neuroneve në vende të caktuara.
Duke përdorur kallëpe të printuara 3D, studiuesit krijuan struktura polimerike biokompatibile mbi të cilat u rritën neuronet. Kjo lejoi drejtimin e neuroneve në pjesë të ndryshme të pjatave të kulturës.
“Një dallim kryesor midis BioConNet dhe platformave të tjera është se ky është një sistem i hapur, që do të thotë se nuk ka kanale ose barriera fizike nga sipër për të kufizuar neuronet në vend. Me pajisjen polimerike ne i drejtojmë neuronet në pozicione të caktuara dhe i lejojmë të vetë-organizohen,” tha Pacharaporn Suklai, autorja e parë e studimit.
Pajisjet polimerike kishin formë si hinkë për të drejtuar neuronet dhe mikrokanale të vogla për t’i ankoruar ato në vend. Pasi neuronet përfunduan zhvillimin, kallëpet u hoqën për të vlerësuar stabilitetin e strukturës biologjike.
Ishte e rëndësishme për studiuesit të përcaktonin kushtet e sakta që lejonin zhvillimin e qëndrueshëm të qarqeve. Ata eksperimentuan me kohëzgjatje të ndryshme të mbajtjes së kallëpeve përpara heqjes së tyre.
“Ne përcaktuam kushtet për t’i mbajtur si një njësi të vetme të qëndrueshme qarku, gjë që ndodh vetëm kur numri i qelizave dhe koha janë të sakta. Përndryshe neuronet formonin disa grupe të ndara dhe nuk lidheshin në mënyrë të qëndrueshme,” shpjegoi Dr. Suklai.
Krijimi i kushteve të ngjashme me trurin
Studiuesit synuan të krijonin një qark të ngjashëm me korteksin cerebral të njeriut, pjesa e trurit që përbën më shumë se 80% të masës së tij. Megjithatë, për të arritur karakteristikat e sakta të qarqeve kortikale njerëzore nevojiten kushte shumë specifike. Madhësia dhe forma e pajisjeve, si dhe numri i qelizave, rezultuan faktorë vendimtarë për krijimin e kushteve të ngjashme me korteksin.
Korteksi nuk përbëhet vetëm nga neuronet: në korteksin cerebral njerëzor ka rreth 10 herë më shumë qeliza mbështetëse (qelizat gliale) sesa neurone. Këto qeliza krijojnë strukturën e indit dhe shërbejnë si skelet për rrjetet nervore.
Për të mbështetur rrjetet e krijuara, studiuesit përfshinë edhe qeliza gliale në kulturë. Prania e tyre krijoi një strukturë më të ngjashme me indin real të trurit dhe parandaloi shkëputjen e neuroneve nga sipërfaqja e kulturës. Këto qeliza gjithashtu ndryshuan vetitë elektrike të rrjeteve nervore.
Një platformë për studimin e gjeneve të sëmundjeve
Teknologjia e re BioConNet mund të programohet dhe analizohet lehtësisht në nivel gjenetik. Kjo e bën të mundur studimin e efekteve të gjeneve të lidhura me sëmundjet mbi qarqet nervore.
Në fund të fundit, janë qarqet nervore ato që përcaktojnë mënyrën se si truri përpunon informacionin. Prandaj, të kuptuarit se si gjenet ndikojnë në funksionimin e qarqeve do të ndihmojë në kuptimin më të mirë të sëmundjeve të trurit dhe në zhvillimin e trajtimeve të reja.
Punimet e ardhshme do të përqendrohen në efektet e gjeneve të lidhura me sëmundje neurodegjenerative si demenca frontotemporale dhe skleroza laterale amiotrofike (ALS).
Shkencë pioniere me burim të hapur
Plani teknik i teknologjisë së re është plotësisht i disponueshëm për studiuesit dhe publikun. Metodologjia është publikuar online në PLOS Biology dhe në GitHub, duke lejuar këdo të shohë mënyrën e ndërtimit të rrjeteve dhe të krijojë rrjete të ngjashme.
“Është e rëndësishme për ne që platforma që zhvillojmë të ketë ndikimin maksimal të mundshëm. Për këtë arsye të gjitha materialet dhe projektet janë publikuar si burim i hapur, duke i bërë plotësisht të riprodhueshme,” tha Dr. Andrea Serio.
