Нейроны представляют собой клетки, которые обрабатывают сенсорную информацию из внешней среды и отправляют двигательные импульсы к мышцам. Они также преобразуют и передают электрические сигналы на каждом промежуточном этапе и представляют собой фундаментальные единицы нервной системы и мозга. Нейроны состоят из трех частей: тело клетки, дендрит и аксон— длинный тонкий отросток, отвечающий за связь с другими клетками.
При повреждении нейронов после травмы или дегенеративного заболевания они практически не способны восстанавливаться. И восстановление нейронных сетей, их нормальных функций являются сложной задачей для специалистов в области тканевой инженерии.
Группа ученых, во главе с профессором Орит Шефи, из Университета Бар-Илан создали новую методику восстановления нейронов с помощью использования нанотехнологий и магнитных манипуляций. Результаты исследования ученые опубликовали в журнале Advanced Functional Materials.
Для создания нейронных сетей ученые вводили наночастицы оксида железа с магнитными свойствами в нейронные клетки-предшественники, тем самым создавались магнитные независимые единицы. Затем они подвергли клетки-предшественники воздействию определенно настроенных магнитных полей и провели дистанционное направление их движения в многослойной трехмерной коллагеновой структуре, которая по характеристикам приближена к тканям тела. Использование магнитных манипуляций позволило им создать трехмерный «мини-мозг» — многослойные и функциональные нейронные сети, похожие на элементы структур, обнаруженных в мозге млекопитающих.
После затвердевания раствора коллагена в гель, клетки не изменили свое положение и остались там, где они были зафиксированы после дистанционного воздействия магнитных полей. В течение нескольких дней клетки трансформировались в зрелые нейроны, образовались отростки и связи, появилась электрическая активность и нейроны функционировали в течение 21 дня.
Как считают ученые, созданные ими 3D-нейронные сети могут быть использованы в качестве моделей мини-мозга для изучения действия лекарств и создания искусственных интерфейсов между биологическими и инженерными структурами. Кроме того, создается возможность введения такого геля, содержащего клетки, в жидком состоянии, в нервную систему и неинвазивное формирование правильной структуры клеток с помощью магнитных полей.
Перед учеными стоит вопрос безопасности введения магнитных частиц в клетки и, в частности, в нервные клетки. Но проведенные исследования показали безопасность на моделях животных. Тем более, железо, входящее в состав наночастиц, присутствует в организме животных естественным образом.
Ученые планируют продолжить тестирование методики для возможного клинического использования в будущем.
