Газета «Новости медицины и фармации» 5 (356) 2011

Компьютерные чипы с интегрированными нервными клетками — будущее нейрокомпьютеров

Длинные усики нервных клеток с готовностью прокладывают свой путь сквозь специально подготовленные крошечные трубы из полупроводникового материала, формируя таким образом сложные нервные сети с заранее заданной структурой. Способность целенаправленно управлять формированием таких сетей сулит достаточно большие перспективы в изучении нервных заболеваний, проверке результатов воздействия экспериментальных препаратов. Но самым важным является то, что эти возможности существенно приближают исследователей к разработке новейших интерфейсов между нервными тканями и электроникой, с помощью которых весьма эффективно можно интегрировать высокотехнологичные протезы и другие устройства в человеческий организм. Не стоит также забывать о нейрокомпьютерах, все вычисления в которых будут производиться не электронными логическими элементами, а живыми нервными клетками. «Наше открытие является довольно интересным и инновационным, — рассказывает Николас Котов (Nicholas Kotov), эксперт в области нанотехнологий и наноматериалов в Мичиганском университете. — В настоящее время наблюдается все возрастающая потребность в новых, более совершенных, интерфейсах между электронными устройствами и нервными тканями».

Основой для этого электронно-нервного гибрида являются миниатюрные трубки, стенки которых изготовлены из слоев кремния и германия — материалов, которые могут принять электрические сигналы, передаваемые нервной клеткой. Трубки могут иметь различный диаметр, длину и форму, они достаточно широки для того, чтобы сквозь них проходили нервные окончания, но слишком малы, чтобы в них могла уместиться сама нервная клетка.

Создав на кремниевом основании разветвленную сеть из таких трубок, аспирант Минруи Ю (Minrui Yu) из Университета Висконсина-Мэдисона и его коллеги поместили нервные клетки, взятые у грызунов, в узловые точки будущей сети и обеспечили условия, благоприятствующие дальнейшему росту нервных клеток. После непродолжительного времени все клетки благополучно «проросли» сквозь проложенные пути, порой сложной спиралевидной формы, сформировав нейронную сеть заданной конфигурации.

В будущих исследованиях усилия ученых будут направлены на то, чтобы внедрить в стены трубок полупроводниковые структуры, которые будут выступать в качестве приемников нервных импульсов и передатчиков сигналов, предназначенных для нервных клеток. «Это действительно уникальная и нетривиальная разработка, — рассказывает Рави Беллэмконда (Ravi Bellamkonda), нейроинженер из Технологического института штата Джорджия. — Мы даже еще не полностью представляем себе все ее значение для области нейробиологии».

Детальный отчет исследователей будет опубликован в ближайшем выпуске издания ACS Nano.

Ученые в лаборатории создали 3D-почку

Специальная аппаратура моделирует 3D-изображение будущей почки. Из больного органа берут образец тканей, на основе которого компьютеризированно создают новую искусственную почку.

Трехмерный принтер, запрограммированный образцом тканей почки, послойно воссоздает структуру почки, в том числе и сосуды органа. Процесс воссоздания длится 6–7 часов. После чего распечатывают результаты.

Эксперты утверждают, что создание искусственной почки — прорыв в медицине, поскольку 90 % больных, ждущих донорского органа, — пациенты, которым нужна пересадка почки.

Ученые планируют со временем создавать искусственно все внутренние органы человека подобным способом.

Разработан революционный метод лечения влажной макулодистрофии

Революционное рентгеновское лечение, которое в данный момент тестируется в Великобритании, может спасти зрение тысяч людей. Новая 15-минутная процедура может остановить развитие влажной макулодистрофии — одной из наиболее распространенных форм слепоты у пожилых людей.

В настоящее время пациенты, страдающие влажной макулодистрофией, должны регулярно получать ежемесячные инъекции в глаза, чтобы предотвратить появление слепоты. Такие люди зачастую не в состоянии самостоятельно читать, водить машину или даже жить отдельно.

Первоначальное тестирование нового метода показало, что с его помощью врачи могут довольно быстро остановить прогрессирование данного заболевания. Половине испытуемых, принимавших участие в исследовании, после прохождения лечения новым методом не нужно было больше получать регулярные инъекции в глаза, второй половине участников нужно было делать уколы всего лишь несколько раз в год.

Влажная макулодистрофия возникает тогда, когда за центральной частью сетчатки под названием «макула» начинают расти новые кровеносные сосуды. В настоящее время она лечится двумя препаратами — луцентисом и авастином, которые временно останавливают рост сосудов. Однако новая процедура под названием iRay, разработанная американской компанией Oraya Therapeutics, помогает полностью уничтожить кровеносные сосуды при помощи рентгеновских лучей всего лишь за 15 минут.

Изобрели ловушки для опасных вирусов

На вирусы можно открыть охоту. В этом уверены американские исследователи из Национального института стандартов и технологий и Медицинского колледжа Уэйл Корнелл. В частности, они научились выискивать вирусы, вызывающие среди прочего свинку, корь и такое острое вирусное заболевание, как парагрипп, и провоцирующие энцефалит. Бороться с вирусами будут с помощью так называемых «горшочков с медом», искусственных приманок — клеток, которые будут ловить их, а потом дезактивировать.

Надо сказать, что механизм действия этих вирусов основан на распознавании белков, которые находятся на поверхности наших клеток. Сам вирус несет белок, который взаимодействует с белками человека и инициирует проникновение вируса в клетку. Ученые предложили сделать искусственные ловушки, способные обмануть вирус, подменив собой здоровые клетки нашего организма.

Для этого было достаточно сделать ловушку, состоящую из мембраны, подобной той, что есть в клетках человека. В эту мембрану встроен белок-мишень, который будет распознаваться вирусом. Правда, в таком виде ловушка была бы нестабильной, и исследователи прибегли к пористому кремнию для укрепления экспериментальной конструкции. Полученный результат они остроумно назвали «горшок с медом», представляющий собой соблазнительную приманку для вирусов.

Ученые поставили следующий эксперимент. Они взяли эти ловушки, поместили их в пробирку, где находились колонии клеток, на которых паразитировал бы вирус. Впрочем, для наглядности и безопасности исследователи использовали в опытах модифицированный вирус. Геном вируса был изменен таким образом, чтобы внутри зараженной клетки он производил флуоресцентные белки. В результате ученые получили возможность узнавать зараженные клетки по характерному свечению.

Было видно, что ловушки перетягивали на себя вирусы и оставшиеся клетки заражались значительно меньше. Искусственная ловушка работает, являясь значительно более притягательной мишенью для вируса, чем обычные живые клетки. Основываясь на полученных в пробирке результатах, авторы открытия пророчат новому подходу противовирусной терапии блестящие перспективы.

Однако, как рассказал руководитель научной группы Frontomics биофизик Максим Годзи, лечить человека или животное благодаря такому открытию пока будет невозможно.

Дело в том, что в организме концентрация подобных ловушек должна быть очень высокой: где бы вирус ни находился, у него должна быть вероятность встретиться с этой ловушкой, которую принесет к нему кровь. Но как только ловушки по кровяному руслу дойдут до клеток печени, она станет их захватывать и разбирать на составные детали для использования в обычных целях организма, а пористый кремний, который не сможет быть переработан, так и останется курсировать в организме, засоряя и отравляя его. Это значит, что ловушки или не возымеют должного эффекта, или будут иметь существенные побочные эффекты.

«Пока это научное открытие можно считать лишь остроумным предложением нового способа борьбы с вирусами, но оно еще долгое время не будет иметь клинического применения. При использовании предложенного метода получится, скажем, очищать среду в пробирке, колбе от вирусов для другого рода медицинских экспериментов. Множество подобных нанотехнологических разработок должны быть тщательно проверены на возможные побочные эффекты, хотя идейно данный подход, безусловно, весьма многообещающий», — уверен г-н Годзи.

Мгновенный снимок вместо биопсии

Оптический прибор, позволяющий в считанные секунды получать высокодетализированные трехмерные снимки кожных новообразований, разработан под руководством профессора Рочестерского университета Дженник Ролланд. По ее убеждению, устройство позволит отказаться от инвазивной процедуры биопсии и дорогостоящей МРТ при проведении диагностики. Для получения снимка достаточно дотронуться до кожи наконечником устройства.

Прибор действует по принципу оптической когерентной микроскопии. В нем используется жидкостная линза оригинальной конструкции, разработанная под руководством Ролланд. В такой линзе вместо стекла используется капля жидкости. По мере изменения приложенного электрического поля капля-линза меняет свою форму и, соответственно, фокусное расстояние. Тем временем прибор последовательно делает множество снимков, фокусируя инфракрасный свет на различной глубине. Затем полученные изображения объединяются в трехмерный снимок, «проникающий» в кожу на глубину до 1 мм.

По словам разработчиков, следующий этап — оценить в клинических испытаниях применимость прибора для распознавания различных типов новообразований.