Naukowcy opracowali przełomową metodę stymulacji i rozwoju organoidów mózgowych z wykorzystaniem grafenu, nazwaną GraMOS. Ta innowacyjna technika, opisana w czasopiśmie Nature Communications, wykorzystuje unikalne właściwości optoelektroniczne grafenu do konwersji światła na delikatne sygnały elektryczne. Sygnały te stymulują organoidy mózgowe, promując ich interakcję i komunikację, co znacząco przyspiesza ich rozwój. Metoda ta jest bezpieczna, nieinwazyjna i biokompatybilna, co odróżnia ją od tradycyjnych technik, takich jak optogenetyka czy bezpośrednie prądy elektryczne, które mogą uszkodzić delikatne neurony.
Elena Molokanova, dyrektor generalna i wynalazczyni technologii GraMOS w NeurANO Bioscience, podkreśla, że dzięki zastosowaniu grafenu i światła udało się stymulować tworzenie połączeń między neuronami i przyspieszyć ich rozwój bez konieczności stosowania standardowych metod optogenetycznych. „Stworzyliśmy własny rodzaj miękkiej interakcji, kierując neurony ku szybszemu wzrostowi, co jest szczególnie cenne przy badaniu chorób związanych z wiekiem w warunkach laboratoryjnych” – zaznacza.
Przełom ten stanowi rozwinięcie wcześniejszych prac, takich jak zatwierdzenie przez Inbrain Neuroelectronics w Barcelonie w 2024 roku pierwszych na świecie eksperymentów z neuroimplantami grafenowymi. Jednak GraMOS wyróżnia się bezpośrednią integracją grafenu z organoidami mózgowymi, co przyspiesza ich rozwój bez konieczności inwazyjnych interwencji. Podejście to ma na celu wspieranie szybszego wzrostu neuronów, co jest szczególnie cenne w badaniu chorób związanych z procesami starzenia, takich jak choroba Alzheimera.
Organoidy mózgowe zintegrowane z grafenem zyskują wrażliwość na warunki zewnętrzne i mogą adaptacyjnie rekonfigurować swoje sieci neuronowe pod wpływem stymulacji świetlnej. Ta neuroplastyczność znacznie przewyższa możliwości klasycznych mikroprocesorów komputerowych, otwierając perspektywy dla ulepszania sztucznej inteligencji i rozszerzania jej zdolności do rozwiązywania złożonych, niestandardowych zadań. W ramach projektów eksperymentalnych specjaliści podłączyli organoidy mózgowe z interfejsem grafenowym do kompleksu robotycznego wyposażonego w czujniki. Po kontakcie z przeszkodą robot przesyła sygnał, inicjując stymulację organoidu, który generuje odpowiedź neuronalną, prowadząc do zmiany kierunku ruchu robota. Cały cykl trwa mniej niż 50 milisekund.
Badania wykazały, że GraMOS pomaga organoidom mózgowym tworzyć silniejsze połączenia, lepiej zorganizowane sieci i bardziej zaawansowaną komunikację między neuronami, nawet w modelach pochodzących od pacjentów z chorobą Alzheimera. Graphene okazał się bezpieczny i biokompatybilny, nie powodując uszkodzeń neuronów ani struktury organoidu nawet podczas długotrwałej ekspozycji. Wczesne modele organoidów z chorobą Alzheimera wykazały funkcjonalne różnice w łączności sieciowej i pobudliwości po stymulacji, co stanowi nowe okno na zrozumienie postępu choroby.
„To dopiero początek. Połączenie wszechstronności grafenu i biologii organoidów mózgowych może na nowo zdefiniować możliwości neuronauki – od zrozumienia funkcji mózgu po tworzenie zupełnie nowych paradygmatów technologicznych” – podsumowują badacze. Wcześniejsze analizy ekspertów oceniają perspektywy równoległej pracy z robotami przypominającymi ludzi, co wskazuje na szerokie zastosowanie tej technologii w przyszłości.