تم تكوين الخلايا العصبية العضوية الاصطناعية – تقريبًا مثل الخلايا العصبية البيولوجية
Padinhare Cholakkal Harikesh ، المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة، يصنع الترانزستورات الكيميائية المستخدمة في الخلايا العصبية الاصطناعية. الائتمان: ثور بلخيد
الخلايا العصبية الكهروكيميائية العضوية الواقعية الحيوية التي تم تمكينها بواسطة مضادات ثنائية القطب قابلة للضبط الأيوني في بوليمرات موصلة للأيون والإلكترون المختلطة.
تم إنشاء خلية عصبية عضوية اصطناعية تحاكي عن كثب خصائص الخلايا العصبية البيولوجية بواسطة باحثين في جامعة لينشوبينغ (LiU)، السويد. يمكن لهذه الخلايا العصبية الاصطناعية أن تحفز الأعصاب الطبيعية، مما يجعلها تقنية واعدة للعلاجات الطبية المختلفة في المستقبل.
يستمر العمل على تطوير خلايا عصبية اصطناعية وظيفية بشكل متزايد في مختبر الإلكترونيات العضوية، LOE. في عام 2022، أظهر فريق من العلماء بقيادة الأستاذ المساعد سيمون فابيانو كيف يمكن دمج خلية عصبية عضوية صناعية في نبات آكل لحوم حي للتحكم في فتح وإغلاق ماو. اجتمعت هذه الخلية العصبية الاصطناعية مع 2 من الخصائص العشرين التي تميزها عن الخلية العصبية البيولوجية.
في دراستهم الأخيرة، التي نُشرت اليوم (12 يناير) في مجلة Nature Materials ، طور نفس الباحثين في LiU خلية عصبية اصطناعية جديدة تسمى “الخلايا العصبية الكهروكيميائية العضوية القائمة على التوصيل” أو c-OECN، والتي تحاكي عن كثب 15 من أصل 20 سمة عصبية تميز الخلايا العصبية البيولوجية، مما يجعل عملها أكثر تشابهًا مع الخلايا العصبية الطبيعية
الخلايا العصبية الاصطناعية التي أنشأها الباحثون في جامعة لينشوبينغ. الائتمان: ثور بلخيد
“أحد التحديات الرئيسية في إنشاء الخلايا العصبية الاصطناعية التي تحاكي بشكل فعال الخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية هو القدرة على دمج تعديل الأيونات. يمكن للخلايا العصبية الاصطناعية التقليدية المصنوعة من السيليكون محاكاة العديد من الميزات العصبية ولكن لا يمكنها التواصل من خلال الأيونات. في المقابل، تستخدم c-OECN أيونات لإظهار العديد من السمات الرئيسية للخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية “، كما يقول Simone Fabiano ، الباحث الرئيسي في مجموعة Organic Nanoelectronics في LOE.
في عام 2018، كانت هذه المجموعة البحثية في جامعة لينشوبنج واحدة من أولى المجموعات التي طورت ترانزستورات كهروكيميائية عضوية تعتمد على البوليمرات الموصلة من النوع n، وهي مواد يمكنها إجراء شحنات سالبة. هذا جعل من الممكن بناء دوائر كهروكيميائية عضوية تكميلية قابلة للطباعة. منذ ذلك الحين، تعمل المجموعة على تحسين هذه الترانزستورات بحيث يمكن طباعتها في مطبعة على رقاقة بلاستيكية رقيقة. نتيجة لذلك، أصبح من الممكن الآن طباعة آلاف الترانزستورات على ركيزة مرنة واستخدامها لتطوير خلايا عصبية اصطناعية.
تطورت الخلايا العصبية الاصطناعية في جامعة لينشوبنج. الائتمان: ثور بلخيد
في الخلايا العصبية الاصطناعية المطورة حديثًا، تُستخدم الأيونات للتحكم في تدفق التيار الإلكتروني من خلال بوليمر موصل من النوع n، مما يؤدي إلى طفرات في جهد الجهاز. هذه العملية مشابهة لتلك التي تحدث في الخلايا العصبية البيولوجية. تسمح المادة الفريدة في الخلية العصبية الاصطناعية أيضًا بزيادة التيار وتقليله في منحنى شبه جرس مثالي يشبه تنشيط وتعطيل قنوات أيون الصوديوم الموجودة في علم الأحياء.
يقول سيمون فابيانو: “تُظهر عدة بوليمرات أخرى هذا السلوك، ولكن البوليمرات الصلبة فقط هي التي تكون قادرة على مقاومة الفوضى، مما يتيح التشغيل المستقر للجهاز”.
في التجارب التي أجريت بالتعاون مع معهد كارولينسكا (KI)، تم ربط الخلايا العصبية الجديدة c-OECN بالعصب المبهم للفئران. أظهرت النتائج أن الخلايا العصبية الاصطناعية يمكن أن تحفز أعصاب الفئران، مما يتسبب في تغير بنسبة 4.5٪ في معدل ضربات القلب.
يمكن لحقيقة أن الخلايا العصبية الاصطناعية يمكن أن تحفز العصب المبهم نفسه، على المدى الطويل، يمكن أن تمهد الطريق لتطبيقات أساسية في أشكال مختلفة من العلاج الطبي. بشكل عام، تتمتع أشباه الموصلات العضوية بميزة كونها متوافقة حيوياً ولينة ومرنة، بينما يلعب العصب المبهم دورًا رئيسيًا، على سبيل المثال، في نظام المناعة والتمثيل الغذائي في الجسم.
ستكون الخطوة التالية للباحثين هي تقليل استهلاك الطاقة للخلايا العصبية الاصطناعية، والتي لا تزال أعلى بكثير من استهلاك الخلايا العصبية البشرية. لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتكرار الطبيعة بشكل مصطنع.
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
