澳洲科學(xué)家用納米管在芯片上培育腦細(xì)胞

[摘要]研究人員在芯片上安裝一個納米管支架，上面放置腦細(xì)胞，加入培養(yǎng)液，觀察細(xì)胞生長，目的是了解大腦神經(jīng)元是怎樣建立回路的。

騰訊數(shù)碼訊（天空之城）信號從一個神經(jīng)元出發(fā)，抵達(dá)另一個神經(jīng)元，如是形成了人類思維。這些連接是怎樣形成的？我們所知甚少。為了了解腦信號的處理過程，澳大利亞科研人員在半導(dǎo)體芯片上造了一個納米管支架，它可以幫助腦細(xì)胞生長、形成回路。最近，科研人員在《納米通訊》（Nano Letters）雜志上介紹了新設(shè)備。

未來我們也許可以看到大腦芯片，不過科研人員開發(fā)的神經(jīng)支架相去還很遙遠(yuǎn)。澳大利亞國立大學(xué)生物材料工程師高塔姆（Vini Gautam）說，它的確可以幫助科學(xué)家了解神經(jīng)元是怎樣生長的，又是如何連接的。

要在實驗室重建神經(jīng)元回路，對科學(xué)家來說一直是一個挑戰(zhàn)。大腦神經(jīng)元的連接與溝通方式是有秩序的。但在實驗室內(nèi)細(xì)胞的重建卻是隨意的，受到實驗條件的限制，回路與真實大腦的回路不一樣。

高塔姆說：“理解大腦神經(jīng)元回路是如何形成的，這是神經(jīng)科學(xué)的一個根本問題?！边B接成為人類處理信息的根本，理解連接可以幫助人類找到治療精神疾病的有效方法。

高塔姆和同事創(chuàng)造一個環(huán)境，引導(dǎo)神經(jīng)元生長，讓它們建立自然、協(xié)同的連接。為了達(dá)到目標(biāo)，研究團隊制造了一個納米管支架，它是用磷化銦制造的。這種半導(dǎo)體材料用在納米電子中，所以相當(dāng)有名，比如制造LED、太陽能電池時就會用到它。高塔姆說，沒有人用磷化銦與大腦細(xì)胞建立連接。

研究人員將納米管排列成方形網(wǎng)格，每個支架上放置約50個嚙齒動物的腦細(xì)胞，然后加入培養(yǎng)液，觀察它們的生長狀況。

幾天之后，神經(jīng)元生成了神經(jīng)突。在大腦內(nèi)部，長而薄的神經(jīng)突從細(xì)胞體伸展出來，與其它神經(jīng)元連接，結(jié)點就是突觸。在高塔姆的納米管支架上，神經(jīng)元長出神經(jīng)突，它們在晶格上擴張，通過突觸與其它細(xì)胞連接。

高塔姆說：“我以前觀察過許多神經(jīng)元細(xì)胞?！辈贿^這些神經(jīng)元細(xì)胞的生長是隨意的。她還說：“這一次不同，我用顯微鏡觀察支架，發(fā)現(xiàn)一個驚人的現(xiàn)象：細(xì)胞的突觸以直線的形式排成網(wǎng)格。”

這是一件好事，意味著突觸的生長是可以用支架的形狀引導(dǎo)的，研究人員可以控制它的生長。與此同時，細(xì)胞以自然的方式連接，細(xì)胞之間的通信也是協(xié)同的，正如大腦一樣。將上述因素整合在一起，我們就可以得出一個結(jié)論：支架是一個很好的平臺，可以幫助科學(xué)家研究生物神經(jīng)元回路。

研究團隊用掃描電子顯微術(shù)監(jiān)控細(xì)胞的生長，用功能性鈣成像技術(shù)評估神經(jīng)元的溝通效果。

現(xiàn)在研究團隊已經(jīng)優(yōu)化了支架，它可以更好模擬大腦的生理特征，研究人員用它調(diào)查神經(jīng)元回路的形成機制。高塔姆希望他們可以最終開發(fā)出大腦假體，如果人的神經(jīng)元回路因為受傷或者疾病出現(xiàn)問題，可以用假體修復(fù)。