Biomedya - Biyoteknoloji & Yaşam Bilimleri

İsveç'teki Linköping Üniversitesi'ndeki (LiU) araştırmacılar tarafından biyolojik sinir hücrelerinin özelliklerini yakından taklit eden yapay bir organik nöronlar oluşturuldu. Bu yapay nöronlar, doğal sinirleri uyarabilir ve bu da onu gelecekte çeşitli tıbbi tedaviler için umut verici bir teknoloji haline getirir.

Giderek daha işlevsel yapay sinir hücreleri geliştirme çalışmaları, LOE Organik Elektronik Laboratuvarı'nda devam ediyor. 2022'de, doçent Simone Fabiano liderliğindeki bir bilim insanı ekibi, ağzının açılıp kapanmasını kontrol etmek için yapay bir organik nöronun canlı bir etobur bitkiye nasıl entegre edilebileceğini gösterdi. Bu sentetik sinir hücresi, onu biyolojik bir sinir hücresinden ayıran 20 özellikten 2'sini karşılıyordu. 

Nature Materials dergisinde bugün (12 Ocak) yayınlanan son çalışmalarında, LiU'daki aynı araştırmacılar, "iletkenliğe dayalı organik elektrokimyasal nöron" veya c-OECN adı verilen ve 15 tanesini yakından taklit eden yeni bir yapay sinir hücresi geliştirdiler. Biyolojik sinir hücrelerini karakterize eden ve işleyişini doğal sinir hücrelerine çok daha benzer hale getiren 20 nöral özellik barındırıyor.

LOE'deki Organik Nanoelectronics grubunun baş araştırmacısı Simone Fabiano, "Gerçek biyolojik nöronları etkili bir şekilde taklit eden yapay nöronlar yaratmanın en önemli zorluklarından biri, iyon modülasyonunu dahil etme yeteneğidir. Silikondan yapılmış geleneksel yapay nöronlar, birçok nöral özelliği taklit edebilir ancak iyonlar aracılığıyla iletişim kuramaz. Buna karşılık, c-OECN'ler, gerçek biyolojik nöronların birkaç temel özelliğini göstermek için iyonları kullanır.”dedi.

2018'de Linköping Üniversitesi'ndeki bu araştırma grubu, negatif yükleri iletebilen malzemeler olan n-tipi iletken polimerlere dayalı organik elektrokimyasal transistörler geliştiren ilk gruplardan biriydi. Bu, yazdırılabilir tamamlayıcı organik elektrokimyasal devreler oluşturmayı mümkün kıldı. O zamandan beri grup, bu transistörleri bir baskı makinesinde ince bir plastik folyo üzerine basılabilecek şekilde optimize etmek için çalışıyor. Sonuç olarak, binlerce transistörü esnek bir alt tabaka üzerine basmak ve bunları yapay sinir hücreleri geliştirmek için kullanmak artık mümkün.

Yeni geliştirilen yapay nöronda iyonlar, elektronik akımın n-tipi iletken bir polimer aracılığıyla akışını kontrol etmek için kullanılıyor ve bu da cihazın voltajında ​​ani yükselmelere yol açıyor. Bu süreç, biyolojik sinir hücrelerinde meydana gelene benzer. Yapay sinir hücresindeki benzersiz malzeme, biyolojide bulunan sodyum iyon kanallarının aktivasyonuna ve inaktivasyonuna benzeyen neredeyse mükemmel bir çan şeklindeki eğride akımın artırılmasına ve azaltılmasına da izin verir.

Simone Fabiano, "Birkaç başka polimer bu davranışı gösterir, ancak yalnızca katı polimerler düzensizliğe karşı dirençlidir ve cihazın kararlı çalışmasını sağlar" dedi.

Karolinska Enstitüsü (KI) ile ortaklaşa yürütülen deneylerde, yeni c-OECN nöronları farelerin vagus sinirine bağlandı. Sonuçlar, yapay nöronun farelerin sinirlerini uyarabildiğini ve kalp atış hızlarında %4,5'lik bir değişikliğe neden olduğunu gösteriyor.

Yapay nöronun vagus sinirinin kendisini uyarabilmesi, uzun vadede çeşitli tıbbi tedavi biçimlerinde temel uygulamaların önünü açabilir. Genel olarak, organik yarı iletkenler biyouyumlu, yumuşak ve şekillendirilebilir olma avantajına sahipken vagus siniri, örneğin vücudun bağışıklık sistemi ve metabolizmasında önemli bir rol oynar.

Araştırmacılar için bir sonraki adım, insan sinir hücrelerininkinden çok daha yüksek olan yapay nöronların enerji tüketimini azaltmak olacaktır. Doğayı yapay olarak kopyalamak için yapılacak çok iş var.

Çalışmanın baş yazarı Padinhare Cholakkal Harikesh, "İnsan beyni ve sinir hücreleri hakkında hala tam olarak anlamadığımız çok şey var. Aslında, sinir hücresinin gösterilen bu 15 özelliğin birçoğundan nasıl yararlandığını bilmiyoruz. Sinir hücrelerini taklit etmek, beyni daha iyi anlamamızı ve akıllı görevleri yerine getirebilecek devreler oluşturmamızı sağlayabilir. Önümüzde uzun bir yol var, ancak bu çalışma iyi bir başlangıç" şeklinde aktardı.

Makale:nature.com