Дослідники розробили інноваційний підхід, що використовує унікальні властивості графену для стимуляції та розвитку нейронних органоїдів, відкриваючи нові горизонти у розумінні роботи мозку та лікуванні неврологічних розладів.
Ця передова методика, відома як GraMOS (Graphene-Mediated Optical Stimulation), дозволяє прискорити дозрівання органоїдів без генетичних втручань, що є значним кроком вперед у порівнянні з попередніми методами. Графен, матеріал товщиною в один атом, завдяки своїм оптоелектронним властивостям, здатен перетворювати світло на м'які електричні сигнали. Ці сигнали стимулюють нейронні органоїди, сприяючи їх взаємодії та комунікації.
Цей прорив базується на попередніх досягненнях, таких як схвалення у 2024 році компанією Inbrain Neuroelectronics у Барселоні проведення перших у світі експериментів з графен-вмісними нейроімплантатами, які здатні одночасно «читати думки» та лікувати хворобу Паркінсона. Однак, Graמוש відрізняється тим, що безпосередньо інтегрує графен у нейронні органоїди, прискорюючи їх розвиток без інвазивних процедур. Такий підхід сприяє швидшому росту нейронів, що особливо цінно для вивчення захворювань, пов'язаних зі старінням, у лабораторних умовах.
Як зазначила Олена Молоканова, генеральний директор та винахідник GraMOS у NeurANO Bioscience, «Завдяки застосуванню графену та світла нам вдалося стимулювати утворення зв'язків між нейронами та прискорити їх розвиток без використання стандартних оптогенетичних методів. Ми створили власний вид м'якої взаємодії, спрямовуючи нейрони до швидшого росту, що особливо цінно при вивченні вікових захворювань у лабораторних умовах». Нейронні органоїди, інтегровані з графеном, набувають чутливості до зовнішніх умов та можуть адаптивно реконфігурувати свої нейронні мережеві ланцюги під дією світлової стимуляції. Ця нейропластичність значно перевершує можливості класичних комп'ютерних мікросхем, відкриваючи перспективи для вдосконалення штучного інтелекту та розширення його здатності вирішувати складні, нестандартні завдання.
У експериментальних проєктах фахівці підключали мозкові органоїди з графен-інтерфейсом до роботизованого комплексу, оснащеного сенсорами. При контакті з перешкодою робот передає сигнал, що ініціює стимуляцію органоїда. Органоїд, у свою чергу, генерує нейронну відповідь, що призводить до зміни напрямку руху робота. Весь цей цикл займає менше 50 мілісекунд. «Це лише початок. Комбінація універсальності графену та біології мозкових органоїдів може переосмислити можливості нейронауки — від розуміння функцій мозку до створення абсолютно нових технологічних парадигм», — підсумовують дослідники.
Дослідження, опубліковане у Nature Communications, демонструє, що графен не тільки безпечний та біосумісний, але й значно прискорює розвиток нейронних зв'язків, що є критично важливим для моделювання таких захворювань, як хвороба Альцгеймера. Ця технологія може стати ключовою для майбутніх розробок у галузі штучного інтелекту, забезпечуючи йому нові рівні адаптивності та здатності до навчання.