Дослідники з лабораторії Cortical Labs вперше провели експеримент із застосуванням ліків від епілепсії на інноваційній лабораторній системі, що поєднує людські нейрони та комп’ютер. Результати експерименту відкрили нові перспективи для вивчення неврологічних захворювань і розробки ефективних медикаментів.
Про це розповідає ProIT
Як працює система мозок-комп’ютер CL1
Система CL1 складається з вирощених у лабораторії людських нейронів, розміщених на спеціальній кремнієвій підложці та забезпечених необхідними умовами для життєдіяльності. Такі клітини утворюють функціональні мережі, які реагують на зовнішні стимули та здатні в реальному часі оптимізувати свою роботу, формуючи та переналаштовуючи зв’язки для підвищення ефективності.
Нейрони під’єднані до комп’ютера, що виконує роль навчальної платформи — зокрема, бере участь у грі Pong. Це дозволяє фіксувати зміни в обробці інформації та поведінці нейронних мереж під час експериментів. Попередні дослідження довели, що система здатна навчатися та вдосконалювати свої реакції залежно від отриманих результатів.
Випробування ліків та результати експерименту
За допомогою платформи CL1 з інтегрованою системою DishBrain дослідники змоделювали гіперактивну глутаматергічну дисрегуляцію, характерну для епілепсії, у людських стовбурових плюрипотентних клітинах. Після 21 доби такої активності на нейронах було протестовано три лікарських засоби: фенітоїн, перампанел і карбамазепін.
Вчені спостерігали в режимі реального часу, як кожен із препаратів впливає на поведінку клітин. Особливо значущі результати показав карбамазепін у концентрації 200 мікромоль — він суттєво покращив здатність нейронної мережі до саморегуляції та адаптації, а також підвищив ефективність у виконанні завдань, як-от гра Pong. У результаті лікування деякі нейронні мережі стали більш стабільними та організованими.
«Цей прорив — важливий крок уперед не тільки в тому, як ми вивчаємо та розуміємо захворювання, але й у препаратах, призначених для лікування нейронних процесів, пов’язаних з ними та порушених захворюваннями. Вперше, разом з деякими з найвидатніших світових дослідників у своїх галузях, ми змогли продемонструвати, що порушені хворобою інформаційні процеси у чашці Петрі можна відновити за допомогою препарату, розробленого спеціально для її лікування», — зазначає головний науковий співробітник Cortical Labs Бретт Каган.
Дослідження також довело, що всі три препарати здатні знижувати гіперактивність нейронів та епілептичні сплески. Однак саме карбамазепін забезпечив найкращі результати, дозволяючи мережам переходити до цілеспрямованої поведінки.
Системи на базі CL1 дають змогу одночасно тестувати кілька експериментальних ліків та методів лікування. Кожен бокс може містити різноманітні клітини або моделювати різні неврологічні захворювання, що дозволяє проводити експерименти без необхідності використовувати тварин і без залучення людини.
Попри те, що складність цієї системи поступається людському мозку, а медикаментозний вплив обмежений глутаматергічними нейронами, дослідження підкреслює важливість визначення нових функціональних критеріїв ефективності нейронних мереж при випробуванні ліків.
Наукова стаття з результатами дослідження опублікована у журналі Communications Biology.
