پیشرفت خیره‌کننده: ارگانوئیدهای مغزی، ربات‌ها را در کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه هدایت می‌کنند

تحریک نوری به واسطه گرافن (GraMOS): رویکردی نوین

محققان موسسه سلول‌های بنیادی دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، سنفورد، روشی پیشگامانه به نام تحریک نوری به واسطه گرافن (GraMOS) را معرفی کرده‌اند. این روش از یک ورق کربن به ضخامت یک اتم (گرافن) بهره می‌برد و ویژگی‌های کلیدی زیر را داراست:

• زیست‌سازگار و غیرتهاجمی: برخلاف روش‌های سنتی، GraMOS به بافت‌های ظریف عصبی آسیب نمی‌رساند.
• عدم نیاز به اصلاح ژنتیکی: این رویکرد، رشد طبیعی مغز را بدون دستکاری ژنتیکی تسریع می‌کند.
• ایمن و مقیاس‌پذیر: امکان افزایش بلوغ ارگانوئیدهای مغزی را به شکلی ایمن و در مقیاس وسیع فراهم می‌آورد.

به گفته آلیسون موتری، مدیر مرکز تحقیقات مداری سلول‌های بنیادی فضایی یکپارچه، این روش «یک متحول‌کننده برای تحقیقات مغز» است و درهایی را برای مطالعه بیماری‌ها، رابط‌های مغز-ماشین و سیستم‌های ترکیبی سلول‌های زنده مغز با فناوری باز می‌کند.

پیشرفت در علوم مغز و غلبه بر چالش‌ها

ارگانوئیدهای مغزی، مدل‌های سه‌بعدی مشتق از سلول‌های بنیادی مغز انسان هستند که برای مطالعه بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر بسیار ارزشمندند. با این حال، بلوغ آهسته آنها همواره یک محدودیت عمده بوده است. روش‌های تحریک موجود نیز اغلب به اپتوژنتیک (اصلاح ژنتیکی) یا جریان‌های الکتریکی مستقیم متکی هستند که می‌توانند به بافت عصبی آسیب برسانند.

گروه تحقیقاتی برای حل این چالش‌ها، به خواص اپتوالکترونیکی منحصر به فرد گرافن روی آوردند. گرافن قادر است نور را به نشانه‌های الکتریکی ظریف تبدیل کند که به طور ایمن نورون‌ها را به ایجاد اتصالات و بلوغ سریع‌تر تشویق می‌کند. این تحریک، ورودی حسی دنیای واقعی را شبیه‌سازی کرده و بدون نیاز به روش‌های تهاجمی، از رشد مغز پشتیبانی می‌کند. این امر به دانشمندان کمک می‌کند تا بیماری‌ها را زودتر مطالعه کرده و داروها را سریع‌تر آزمایش کنند.

ارگانوئیدها در عمل: هدایت رباتیک

در یک مطالعه عملی، محققان ارگانوئیدهای مغزی با رابط گرافن را به یک سگ رباتیک مجهز به حسگر متصل کردند. نتایج این آزمایش چشمگیر بود:

هنگامی که ربات مانعی را تشخیص داد، سیگنالی برای تحریک ارگانوئید ارسال شد. این تحریک به نوبه خود، یک پاسخ عصبی ایجاد کرد که باعث تغییر جهت ربات شد و حلقه کامل حسی-حرکتی را در کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه تکمیل کرد.

این نمونه از یک سیستم نوروبیوهیبریدی، به آینده‌ای اشاره دارد که در آن سلول‌های زنده مغز می‌توانند با ماشین‌ها ارتباط برقرار کنند. محققان بر این باورند که این فناوری می‌تواند در زمینه‌هایی مانند پروتزها، رباتیک تطبیقی و حتی رایانش زیستی کاربرد داشته باشد.

برخلاف تراشه‌های مصنوعی، ارگانوئیدها پتانسیل نوروپلاستیسیته واقعی، یادگیری و سازگاری از تجربه را به ارمغان می‌آورند. این پیشرفت همچنین راه را برای اتصال بافت‌های پیچیده مغز مانند به یکدیگر و حتی به مغز انسان هموار می‌کند.

آینده‌ای روشن برای علوم اعصاب

به گفته موتری، توانایی کنترل و تسریع رشد ارگانوئیدهای مغزی می‌تواند برای آزمایش روش‌های درمانی، مهندسی بافت، رباتیک و هوش مصنوعی مورد استفاده قرار گیرد. ترکیب تطبیق‌پذیری گرافن و زیست‌شناسی ارگانوئیدهای مغزی، پتانسیل بازتعریف آنچه در علوم اعصاب امکان‌پذیر است را دارد؛ از درک عمیق‌تر مغز گرفته تا ایجاد الگوهای فناوری کاملاً جدید.