Исследователи из лаборатории Cortical Labs впервые провели эксперимент с применением лекарств от эпилепсии на инновационной лабораторной системе, которая сочетает человеческие нейроны и компьютер. Результаты эксперимента открыли новые перспективы для изучения неврологических заболеваний и разработки эффективных медикаментов.
Об этом сообщает ProIT
Как работает система мозг-компьютер CL1
Система CL1 состоит из выращенных в лаборатории человеческих нейронов, размещенных на специальной кремниевой подложке и обеспеченных необходимыми условиями для жизнедеятельности. Такие клетки образуют функциональные сети, которые реагируют на внешние стимулы и способны в реальном времени оптимизировать свою работу, формируя и перенастраивая связи для повышения эффективности.
Нейроны подключены к компьютеру, который выполняет роль учебной платформы — в частности, участвует в игре Pong. Это позволяет фиксировать изменения в обработке информации и поведении нейронных сетей во время экспериментов. Предыдущие исследования доказали, что система способна обучаться и совершенствовать свои реакции в зависимости от полученных результатов.
Испытание лекарств и результаты эксперимента
С помощью платформы CL1 с интегрированной системой DishBrain исследователи смоделировали гиперактивную глутаматергическую дисрегуляцию, характерную для эпилепсии, в человеческих стволовых плюрипотентных клетках. После 21 дня такой активности на нейронах были протестированы три лекарственных средства: фенитоин, перампанел и карбамазепин.
Ученые наблюдали в режиме реального времени, как каждое из препаратов влияет на поведение клеток. Особенно значительные результаты показал карбамазепин в концентрации 200 микромоль — он существенно улучшил способность нейронной сети к саморегуляции и адаптации, а также повысил эффективность в выполнении задач, таких как игра Pong. В результате лечения некоторые нейронные сети стали более стабильными и организованными.
«Этот прорыв — важный шаг вперед не только в том, как мы изучаем и понимаем заболевания, но и в препаратах, предназначенных для лечения нейронных процессов, связанных с ними и нарушенных заболеваниями. Впервые, вместе с некоторыми из самых выдающихся мировых исследователей в своих областях, мы смогли продемонстрировать, что нарушенные болезнью информационные процессы в чашке Петри можно восстановить с помощью препарата, разработанного специально для ее лечения», — отмечает главный научный сотрудник Cortical Labs Бретт Каган.
Исследование также доказало, что все три препарата способны снижать гиперактивность нейронов и эпилептические всплески. Однако именно карбамазепин обеспечил лучшие результаты, позволяя сетям переходить к целенаправленному поведению.
Системы на базе CL1 позволяют одновременно тестировать несколько экспериментальных лекарств и методов лечения. Каждый бокс может содержать разнообразные клетки или моделировать различные неврологические заболевания, что позволяет проводить эксперименты без необходимости использовать животных и без привлечения человека.
Несмотря на то, что сложность этой системы уступает человеческому мозгу, а медикаментозное воздействие ограничено глутаматергическими нейронами, исследование подчеркивает важность определения новых функциональных критериев эффективности нейронных сетей при испытании лекарств.
Научная статья с результатами исследования опубликована в журнале Communications Biology.
