يطور الباحثون خلية عصبية اصطناعية تحاكي عن كثب خصائص الخلايا العصبية البيولوجية

معا للقضاء على التشيع

في مقال نشر مؤخرًا في مواد الطبيعة، أبلغ الباحثون عن خلية عصبية كهروكيميائية عضوية قائمة على التوصيل (c-OECN) تحاكي الإشارات البيولوجية في الخلايا العصبية ، وخاصة تنشيط / تعطيل قنوات الصوديوم والبوتاسيوم.

الدراسة: تمكّن القطبية المضادة للضبط الأيوني في البوليمرات الموصلة للأيونات والإلكترون المختلطة من الخلايا العصبية الكهروكيميائية العضوية الواقعية الحيوية.  حقوق الصورة: MattLphotography / Shutterstock
الدراسة: تمكّن القطبية المضادة للضبط الأيوني في البوليمرات الموصلة للأيونات والإلكترون المختلطة من الخلايا العصبية الكهروكيميائية العضوية الواقعية الحيوية. حقوق الصورة: MattLphotography / Shutterstock

خلفية

الحديث المتبادل بين الخلايا العصبية ومعالجة المعلومات بشكل أساسي عبر قنوات أيونات الصوديوم والبوتاسيوم (في غشاء الخلية) من خلال توليد طفرة في إمكانات الغشاء (وتسمى أيضًا إمكانات الفعل). تحاكي الخلايا العصبية القائمة على السيليكون وأشباه الموصلات العضوية ميزات عصبية محدودة فقط. علاوة على ذلك ، فإنها تعمل في الوقت المناسب وتختلف الفولتية المرتفعة اختلافًا جذريًا عن تلك التي شهدها علم الأحياء.

وبالتالي ، فإنها تتطلب اقتران عناصر الاستشعار التكميلية لتعمل كمستشعرات عصبية. يجب أن تكون الدائرة التي تحاكي الخلايا العصبية البيولوجية عن كثب قادرة على التنشيط والتعطيل بشكل أسرع مثل قناة الصوديوم وتنشيط ما بعد تأخير مثل قناة البوتاسيوم.

في هذا السياق ، تعد الترانزستورات الكهروكيميائية العضوية (OECTs) خيارًا جذابًا. لديهم العديد من الميزات المرغوبة ، مثل قدرات الاستشعار الاستثنائية للإشارات البيولوجية والفيزيائية بالإضافة إلى الإشارات الكيميائية. علاوة على ذلك ، فهي متوافقة حيويًا ، وتبديل السرعات بسهولة ، وتعمل بجهد منخفض ، وتعرض خصائص النقل الأيوني والإلكتروني المقترنة ، والتي يمكن التحكم فيها عن طريق المنشطات الخارجية.

على سبيل المثال ، بولي (benzimidazobenzophenanthroline) (BBL) هو OECT مفيد. يُظهر الموصلية الكهربائية المنخفضة على المنشطات الكهروكيميائية العالية عن طريق تكوين أنواع مشحونة متعددة مع انخفاض القدرة على الحركة.

عن الدراسة

في هذه الدراسة ، استخدم الباحثون الأيونات المضاد للقطب الأيوني لـ BBL لتقليد تنشيط وتعطيل قنوات الصوديوم في الخلايا العصبية ، مما أدى إلى ظهور c-OECN. أولاً ، قاموا بتصنيع BBL عن طريق التكثيف المتعدد من ثنائي هيدريد النفثالين رباعي الكربوكسيل (NDA) و 1،2،4،5 رباعي أمينوبنزين رباعي هيدروكلوريد (TABH) في بولي (حمض الفوسفوريك) (PPA).

لصب فيلم رقيق من BBL ، قاموا بإذابه في حمض الميثان سلفونيك (MSA) عند 100 درجة مئوية لمدة 12 ساعة ، ثم قاموا بتبريده إلى درجة حرارة الغرفة للحصول على محلول BBL-MSA. استخدم الفريق بروتوكولًا ثابتًا لتصنيع OECT. بعد ذلك ، قاموا باختبار OECT ، متبوعًا بمحاكاة ميزات التصاعد لـ c-OECNs باستخدام نموذجين ، K-OECT و Na-OECT. أخيرًا ، قاموا بربط c-OECN الملفق مع العصب المبهم للفأر.

تحاكي البوليمرات الكهروكيميائية العضوية الخلايا العصبية

تطلق السلوكيات الغاوسية الفريدة العنان لإمكانية الاستجابات الخاصة بالمواد الكيميائية. وبالتالي ، يبدو أنه من الممكن تغيير الاستجابة المضادة للقطبين باستخدام الأحماض الأمينية مثل γ-butyric acid (GABA) والجلوتامين بتكوينات مختلفة لمجموعة الأمين. تؤدي إضافة 3.3 ملي مولار من GABA أو الجلوتامين إلى حدوث تغييرات في VP لمحلول الإلكتروليت OECT وتوصيل القناة. ربما ، بسبب تأثير تفاعلات الرابطة الهيدروجينية لهذه الجزيئات مع BBL.

وهكذا ، كمواد قناة ، يُظهر BBL سلوكًا مضادًا للقطب المستقر والحصري والقابل للانعكاس في ترتيب ثلاثي الأطراف. في الدائرة ، يمكن أن تكون مماثلة لحالات قناة الصوديوم ذات الجهد الكهربائي في نموذج الخلايا العصبية. بشكل ملحوظ ، عند 4.15 eV (تقارب الإلكترون) ، يمكن أن تحافظ BBL على مستويات عالية من المنشطات. ومع ذلك ، لم تظهر أي اضطراب توافقي ، وبالتالي ، تمكين الانعكاس.

استخدمت دائرة c-OECN اثنين من OECTs – Na+-OECT و K.+-OECT ، حيث يحتوي الأخير على فيلم BBL أكثر سمكًا (50 نانومتر مقابل 20 نانومتر مستخدم في Na+-OECT) للسماح بتيارات أعلى عبر قناة البوتاسيوم. باستخدام هذه ، أظهر الباحثون أن إمكانات عمل c-OECN تظهر بشكل نموذجي جميع ميزات إمكانات الفعل البيولوجي ، بمعنى ، إزالة ، إعادة ، وفرط الاستقطاب.

استنتاج

في الختام ، أظهرت الدراسة أنه ، على عكس OECTs المستخدمة سابقًا ، تحاكي c-OECNs بشكل ملحوظ السمات العصبية البيولوجية الأكثر أهمية. قامت c-OECN بمحاكاة الخلايا العصبية البيولوجية بشكل ملحوظ ، حيث ارتفعت بسرعة 100 هرتز ، وكرر معظم ميزات الخلايا العصبية الحرجة ، وأظهر استجابة عشوائية في وجود ضوضاء. كما أنها مكّنت أيضًا من تعديل الارتفاع المرتكز على الأحماض الأمينية ، والذي ساعد بدوره في تحفيز الأعصاب في الجسم الحي.

علاوة على ذلك ، كان يعمل كمستشعر قائم على الحدث يقوم بتحويل مثل هذه الإشارات البيوكيميائية لتحفيز العصب المبهم للفأر ، مما يدل على تنظيم الحلقة المغلقة لعلم وظائف الأعضاء. والأهم من ذلك ، أنها استخدمت بوليمر مختلط من نوع سلم موصل أيون وإلكترون بخصائص مضادة للقطب قابلة للضبط الأيوني.

.

معا للقضاء على التشيع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق