澳洲科學(xué)家用納米管在芯片上培育腦細(xì)胞

[摘要]研究人員在芯片上安裝一個(gè)納米管支架，上面放置腦細(xì)胞，加入培養(yǎng)液，觀(guān)察細(xì)胞生長(zhǎng)，目的是了解大腦神經(jīng)元是怎樣建立回路的。

騰訊數(shù)碼訊（天空之城）信號(hào)從一個(gè)神經(jīng)元出發(fā)，抵達(dá)另一個(gè)神經(jīng)元，如是形成了人類(lèi)思維。這些連接是怎樣形成的？我們所知甚少。為了了解腦信號(hào)的處理過(guò)程，澳大利亞科研人員在半導(dǎo)體芯片上造了一個(gè)納米管支架，它可以幫助腦細(xì)胞生長(zhǎng)、形成回路。最近，科研人員在《納米通訊》（Nano Letters）雜志上介紹了新設(shè)備。

未來(lái)我們也許可以看到大腦芯片，不過(guò)科研人員開(kāi)發(fā)的神經(jīng)支架相去還很遙遠(yuǎn)。澳大利亞國(guó)立大學(xué)生物材料工程師高塔姆（Vini Gautam）說(shuō)，它的確可以幫助科學(xué)家了解神經(jīng)元是怎樣生長(zhǎng)的，又是如何連接的。

要在實(shí)驗(yàn)室重建神經(jīng)元回路，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。大腦神經(jīng)元的連接與溝通方式是有秩序的。但在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)細(xì)胞的重建卻是隨意的，受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，回路與真實(shí)大腦的回路不一樣。

高塔姆說(shuō)：“理解大腦神經(jīng)元回路是如何形成的，這是神經(jīng)科學(xué)的一個(gè)根本問(wèn)題?！边B接成為人類(lèi)處理信息的根本，理解連接可以幫助人類(lèi)找到治療精神疾病的有效方法。

高塔姆和同事創(chuàng)造一個(gè)環(huán)境，引導(dǎo)神經(jīng)元生長(zhǎng)，讓它們建立自然、協(xié)同的連接。為了達(dá)到目標(biāo)，研究團(tuán)隊(duì)制造了一個(gè)納米管支架，它是用磷化銦制造的。這種半導(dǎo)體材料用在納米電子中，所以相當(dāng)有名，比如制造LED、太陽(yáng)能電池時(shí)就會(huì)用到它。高塔姆說(shuō)，沒(méi)有人用磷化銦與大腦細(xì)胞建立連接。

研究人員將納米管排列成方形網(wǎng)格，每個(gè)支架上放置約50個(gè)嚙齒動(dòng)物的腦細(xì)胞，然后加入培養(yǎng)液，觀(guān)察它們的生長(zhǎng)狀況。

幾天之后，神經(jīng)元生成了神經(jīng)突。在大腦內(nèi)部，長(zhǎng)而薄的神經(jīng)突從細(xì)胞體伸展出來(lái)，與其它神經(jīng)元連接，結(jié)點(diǎn)就是突觸。在高塔姆的納米管支架上，神經(jīng)元長(zhǎng)出神經(jīng)突，它們?cè)诰Ц裆蠑U(kuò)張，通過(guò)突觸與其它細(xì)胞連接。

高塔姆說(shuō)：“我以前觀(guān)察過(guò)許多神經(jīng)元細(xì)胞?！辈贿^(guò)這些神經(jīng)元細(xì)胞的生長(zhǎng)是隨意的。她還說(shuō)：“這一次不同，我用顯微鏡觀(guān)察支架，發(fā)現(xiàn)一個(gè)驚人的現(xiàn)象：細(xì)胞的突觸以直線(xiàn)的形式排成網(wǎng)格。”

這是一件好事，意味著突觸的生長(zhǎng)是可以用支架的形狀引導(dǎo)的，研究人員可以控制它的生長(zhǎng)。與此同時(shí)，細(xì)胞以自然的方式連接，細(xì)胞之間的通信也是協(xié)同的，正如大腦一樣。將上述因素整合在一起，我們就可以得出一個(gè)結(jié)論：支架是一個(gè)很好的平臺(tái)，可以幫助科學(xué)家研究生物神經(jīng)元回路。

研究團(tuán)隊(duì)用掃描電子顯微術(shù)監(jiān)控細(xì)胞的生長(zhǎng)，用功能性鈣成像技術(shù)評(píng)估神經(jīng)元的溝通效果。

現(xiàn)在研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)優(yōu)化了支架，它可以更好模擬大腦的生理特征，研究人員用它調(diào)查神經(jīng)元回路的形成機(jī)制。高塔姆希望他們可以最終開(kāi)發(fā)出大腦假體，如果人的神經(jīng)元回路因?yàn)槭軅蛘呒膊〕霈F(xiàn)問(wèn)題，可以用假體修復(fù)。

來(lái)源：ieee

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