При повреждении нейронных структур возникает частая проблема неправильного роста аксонов, из-за чего связи между нервными клетками восстанавливаются некорректно, и это мешает правильному функционированию всей системы.
Исследователи из Южной Кореи создали управляемых магнитными полями микророботов, на поверхности которых расположены микроборозды, направляющие отростки нейронов в нужное место. Подробности этой технологии раскрыты в журнале Science Advances.
Доставка нервных клеток определенного типа в целевую область мозга, на какой бы глубине она не располагалась – задача амбициозная и пока не имеющая однозначно работающего решения. «Службу доставки» можно организовывать разными методами, и пока одним из перспективных считаются микророботы, которые уже показали себя в различных задачах. Как оказалось, они могут решить не только проблему адресного перемещения нейронов, но и адресного создания межнейронных контактов.
Эту функцию придумали воплотить в жизнь исследователи из Института наук и технологий города Тэгу в Южной Корее. Они сконструировали микроробота, управляемого при помощи магнитных полей, на поверхности которого расположили борозды для аксонов и дендритов (длинных и коротких отростков). Поверхность микроробота покрыли тонким слоем никеля и диоксида титана, чтобы обеспечить одновременно парамагнитные и биосовместимые свойства. Размер частицы составил примерно 300 микрометров.
Чтобы изучить, соответствует ли робот поставленным задачам, на многоэлектродной полупроводниковой матрице разместили скопления нейронов гиппокампа крысы с расстоянием 200 микрометров между ними. Такая матрица позволяла одновременно считывать электрическую активность клеток и, тем самым, контролировать ход эксперимента.
В зазоре между кластерами нейронов посадили микроробота с размещенными на нем донорскими нервными клетками и с помощью восьми электромагнитных катушек скорректировали его расположение в пространстве таким образом, чтобы борозды на поверхности робота сформировали «мостики» между кластерами клеток на матрице. казались Плавный рост отростков обеспечивался как раз за счет этих микроборозд, а также скошенных концов робота.
Одно из важных наблюдений заключалось в том, что само по себе нахождение робота в тканях никак не влияло на жизнеспособность контролируемых клеток. Ученым удалось показать, что аксоны и дендриты действительно придерживаются выделенных для них «тропинок» и формируют синапсы с противоположными кластерами. Подобный метод уже применялся для других типов клеток (мезенхимальных стволовых, стволовых нервных), но впервые его эффективность продемонстрировали на первичных нейронах гиппокампа.
Обладая высокой точностью перемещения в пространстве, крошечными размерами, слабым безвредным источником питания и не воздействуя негативно на окружающие ткани, микроробот приобретает большой потенциал в широком количестве клинических задач. По словам авторов, повысить биосовместимость, например, можно с помощью наночастиц оксида железа.
Конечно, в первую очередь интересно целенаправленное восстановление поврежденных нейронных связей с помощью адресной доставки нервных клеток даже в небольшие области. Но и в других частях организма его использование может быть оправдано. Дальше дело – за более детальным изучением поведения роботов уже в живых организмах.
Текст: Анна Хоружая