Американские учёные создали биоэлектронное устройство для управления ростом клеток человека

27 сентября 2020

Группа учёных из Калифорнийского университета в Санта-Круз (UCSC) разработала перспективное биоэлектронное устройство. С помощью электроники и благодаря обратной связи на основе машинного обучения учёные смогли задать и часами удерживать определённое мембранное напряжение в стволовых клетках человека. Это изобретение позволит управлять ростом и специализацией стволовых клеток, что ведёт к прогрессу в регенеративной медицине.

Массив протонных насосов для контроля мембранного напряжения (UCSC)

Массив протонных насосов для контроля мембранного напряжения (UCSC)

Живая клетка человека — это устойчивая саморегулирующаяся система, а иначе и не может быть. Причём она сама себе на уме, даже если больна. Поэтому изменить гомеостаз клетки представляется сложной задачей, которую учёные всё-таки смогли решить. Сделать это помогла контролируемая алгоритмами машинного обучения электроника, которая поддерживала заданный учёными баланс ионов в непосредственной близости от культивируемых стволовых клеток человека.

Поясним, мембранное напряжение формируется как разность потенциалов между внутренней средой живой клетки и её ближним окружением. Эту разность потенциалов — довольно строго определённую для разных типов клеток — поддерживают белки в составе клеточной мембраны. Для этого белки создают в мембране ионные каналы, что ведёт к восстановлению баланса (напряжения) при нарушении концентрации ионов внутри или снаружи клетки. Попытка изменить концентрацию ионов (и мембранное напряжение) вызывает обратную реакцию клетки и сводится на нет. Во всяком случае, длительно удерживать точное напряжение клеточной мембраны простым способом не получится.

Учёные решили задачу следующим образом. Они создали вокруг колонии стволовых клеток систему протонных насосов, с помощью которых добавляли или удаляли ионы водорода из раствора в непосредственной близости от культивируемых стволовых клеток. Эта система управлялась самообучающимся алгоритмом ML. Причём система не проходила предварительного обучения на моделях, а училась на ходу по мере наблюдения за поведением клеток и оценки концентрации раствора. За мембранным напряжением система следила визуально, для чего учёные так модифицировали белок мембраны, чтобы он флюоресцировал в зависимости от величины мембранного напряжения. Тем самым алгоритм получил систему обратной связи и мог оценивать своё влияние на потенциал мембраны.

В ходе поставленного эксперимента учёные смогли целых десять часов поддерживать заданный уровень мембранного напряжения у живых клеток. Для работы со стволовыми клетками — это ключевое достижение, хотя в поставленном опыте исследователи не стремились добиться дифференцировки клеток. Но они показали, что процессом выбора специализации стволовых клеток можно управлять. Проект, кстати, финансируют военные США. Однако управляемая регенерация тканей — это то, что будет полезно каждому человеку на Земле.

3dnews

Хочешь узнать больше - читай отзывы

← Вернуться на предыдущую страницу

Читайте также:

Яка користь березового соку: кому обов’язково треба вживати напій 29 марта 2024

Цей природний напій допомагає відновити сили, підвищує імунітет, позитивно впливає на роботу нирок і кишківника.

Теракт під Москвою: СК РФ заявив, що добув докази "причетності" України 29 марта 2024

Представники Слідчого комітету запевняють, що підозрюваним буцімто "переслали з України" гроші та криптовалюту.

Німеччина має намір продовжити пільги для українських водіїв 28 марта 2024

Німеччина має намір продовжити пільги для українських водіїв

 

Вас могут заинтересовать эти отзывы

Sakramento family club 5.0
Sakramento family club

Отзывов: 1

Альтаір - Altair 0.3
Альтаір - Altair

Отзывов: 1

Каталог отзывов





×

Выберите область поиска

  • Авто
  • Одяг / аксесуари
  • Роботодавці
  • Інше