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:

Угорщина продовжить постачати електроенергію Україні - Сіярто 23 февраля 2026

Глава МЗС Угорщини запевнив у подальшому постачанні задля "уникнення ускладнень для угорської громади".

США пригрозили ЄС обмеженням доступу до ринку озброєнь 23 февраля 2026

Адміністрація Трампа пригрозила країнам ЄС заходами у відповідь, якщо Європа витіснятиме американські військові компанії зі свого ринку.

SpaceX досягла нового рубежу: перші ступені Falcon 9 використовуються вже по 30 разів і навіть більше 23 февраля 2026

SpaceX 21 лютого вивела на орбіту Землі дві партії телекомунікаційних супутників Starlink. Аерокосмічна компанія не лише провела два пуски за один день, але й встановила новий рекорд повторного використання перших ступенів ракети-носія.

 

Вас могут заинтересовать эти отзывы

Ольга Ясновидиця  
Ольга Ясновидиця

Отзывов: 1

BELSTA 5.0
BELSTA

Отзывов: 1

Каталог отзывов





×

Выберите область поиска

  • Авто
  • Одяг / аксесуари
  • Роботодавці
  • Інше