Xavier Boyer Les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) sont un sujet brûlant ces jours-ci, avec des entreprises comme Neuralink qui se précipitent pour créer des dispositifs qui connectent le cerveau des humains aux devices by way of de minuscules électrodes implantées. Les avantages potentiels des BCI vont de l’amélioration de la surveillance de l’activité cérébrale chez les clients souffrant de problèmes neurologiques à la restauration de la eyesight chez les personnes aveugles en passant par la possibilité pour les humains de contrôler des devices en utilisant uniquement notre esprit. donc presque toutes sont en métal. Les métaux ne sont pas les matériaux les furthermore respectueux du cerveau, motor vehicle ils sont durs, rigides et ne reproduisent pas l’environnement physique dans lequel les cellules cérébrales se développent généralement.
Ce problème a maintenant une alternative dans un nouveau type d’échafaudage d’hydrogel électriquement conducteur développé à l’Institut Wyss de l’Université de Harvard, à la John A. Paulson University of Engineering and Utilized Sciences (SEAS) de Harvard et au MIT. Non seulement l’échafaudage imite les situations molles et poreuses du tissu cérébral, mais il soutient la croissance et la différenciation des cellules progénitrices neurales humaines (NPC) en plusieurs varieties de cellules cérébrales différentes pendant jusqu’à 12 semaines.
« Cet échafaudage conducteur à base d’hydrogel a un grand potentiel. Non seulement il peut être utilisé pour étudier la development de réseaux de neurones humains in vitro, mais il pourrait également permettre la création de BCI biohybrides implantables qui s’intègrent de manière plus transparente au tissu cérébral d’un individual, améliorant leur efficiency et la diminution du risque de blessure », a déclaré la première auteure Christina Tringides, Ph.D. ancienne étudiante diplômée à la Wyss and SEAS qui est maintenant boursière postdoctorale à l’ETH Zürich.
Sur un, plusieurs
Tringides et son équipe ont créé leur première électrode à foundation d’hydrogel en 2021, motivées par le désir de fabriquer des électrodes as well as douces qui pourraient “couler” pour épouser les courbes, les cash et les recoins naturels du cerveau. Bien que l’équipe ait démontré que leur électrode était hautement suitable avec le tissu cérébral, ils savaient que la substance la additionally suitable avec les cellules vivantes était les autres cellules. Ils ont décidé d’essayer d’intégrer des cellules cérébrales vivantes dans l’électrode elle-même, ce qui pourrait potentiellement permettre à une électrode implantée de transmettre des impulsions électriques au cerveau d’un affected individual via un speak to cellule-cellule moreover naturel.
Pour faire de leur hydrogel conducteur un endroit moreover confortable pour les cellules. Les cristaux de glace qui se sont formés pendant la lyophilisation ont forcé le matériau hydrogel à se concentrer dans les espaces autour des cristaux. ils ont laissé derrière eux des pores entourés par l’hydrogel conducteur, formant un échafaudage poreux. Cette composition garantissait que les cellules auraient une floor suffisante sur laquelle se développer et que les composants électriquement conducteurs formeraient une voie continue à travers l’hydrogel, délivrant des impulsions à toutes les cellules.
Les chercheurs ont varié les recettes de leurs hydrogels pour créer des échafaudages qui étaient soit viscoélastiques (comme Jell-O) ou élastiques (comme un élastique) et mous ou rigides. Ils ont ensuite cultivé des cellules progénitrices neurales humaines (NPC) sur ces échafaudages pour voir quelle combinaison de propriétés physiques soutenait le mieux la croissance et le développement des cellules neurales.
Les cellules cultivées sur des gels élastiques, en revanche, avaient formé des amas qui étaient en grande partie composés de PNJ indifférenciés. L’équipe a également fait varier la quantité de matériaux conducteurs dans le matériau hydrogel pour voir comment cela affectait la croissance et le développement neuronaux. Moreover un échafaudage était conducteur, as well as les cellules formaient des réseaux de ramification (comme elles le font in vivo) plutôt que des amas.
Les chercheurs ont ensuite analysé les différents sorts de cellules qui s’étaient développés dans leurs échafaudages d’hydrogel. Ils ont découvert que les astrocytes, qui soutiennent les neurones à la fois physiquement et métaboliquement. et qu’il y en avait beaucoup furthermore lorsque les gels viscoélastiques contenaient moreover de matériau conducteur. Les oligodendrocytes, qui créent la gaine de myéline qui isole les axones des neurones, étaient également présents dans les échafaudages. Il y avait plus de myéline totale et de segments myélinisés in addition longs sur les gels viscoélastiques que sur les gels élastiques, et l’épaisseur de la myéline augmentait lorsqu’il y avait additionally de matériau conducteur présent dans les gels.
La pièce de résistance (électrique)
Enfin. Les cellules ont été pulsées avec de l’électricité pendant 15 minutes à la fois, quotidiennement ou tous les deux jours. les échafaudages qui avaient été pulsés quotidiennement avaient très peu de cellules vivantes, tandis que ceux qui avaient été pulsés tous les deux jours étaient pleins de cellules vivantes dans tout l’échafaudage.
les cellules ont été laissées dans les échafaudages pendant un overall de 51 jours. Les quelques cellules restantes dans les échafaudages qui avaient été stimulées quotidiennement ne se différenciaient pas en d’autres sorts de cellules, tandis que les échafaudages tous les deux jours avaient des neurones et des astrocytes hautement différenciés avec de longues saillies. La variation des impulsions électriques testées ne semble pas avoir d’effet sur la quantité de myéline présente dans les gels.
“La différenciation réussie des PNJ humains en plusieurs forms de cellules cérébrales au sein de nos échafaudages est la affirmation que l’hydrogel conducteur leur fournit le bon kind d’environnement dans lequel se développer in vitro”, a déclaré l’auteur principal Dave Mooney, Ph.D. un Main Membre du corps professoral de l’Institut Wyss. “C’était particulièrement excitant de voir la myélinisation sur les axones des neurones, car or truck cela a été un défi long-lasting à reproduire dans des modèles vivants du cerveau.” Mooney est également professeur de bioingénierie de la famille Robert P. Pinkas à SEAS.
Tringides poursuit ses travaux sur les échafaudages d’hydrogel conducteur, avec des ideas pour étudier furthermore avant remark divers forms de stimulation électrique pourraient affecter différents varieties de cellules, et pour développer un modèle in vitro plus complet.
“Ce travail représente une avancée majeure en créant un microenvironnement in vitro avec les bonnes propriétés physiques, chimiques et électriques pour soutenir la croissance et la spécialisation des cellules cérébrales humaines. Ce modèle peut être utilisé pour accélérer le processus de recherche de traitements efficaces pour les difficulties neurologiques. maladies. Nous sommes ravis de voir où cette fusion innovante de la science des matériaux, de la biomécanique et de l’ingénierie tissulaire nous mène futur », a déclaré le directeur fondateur du Wyss Institute, Don Ingber, MD, Ph.D. Ingber est également professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Health-related Faculty et au Boston Children’s Hospital, et professeur Hansjörg Wyss d’ingénierie bioinspirée à SEAS.
Parmi les autres auteurs figurent Marjolaine Boulingre de SEAS, Andrew Khalil du Wyss Institute et du Whitehead Institute du MIT, Tenzin Lungjangwa du Whitehead Institute et Rudolf Jaenisch du Whitehead Institute et du MIT.
Ce travail a été soutenu par la Countrywide Science Foundation sous les numéros de prix. 1541959 et DMR-1420570 et une bourse du programme de bourses de recherche pour les diplômés, les bourses NIH RO1DE013033 5R01DE013349, NSF-MRSEC DMR-2011754, le Wyss Institute for Biologically Motivated Engineering de l’Université de Harvard.
