Så skapade svenska forskare en funktionell neuron

En artificiell nervcell som kan kommunicera med mänskliga nervceller på samma sätt som dessa kommunicerar med varandra. Det har forskare vid Karolinska Institutet och Linköpings universitet byggt.

Läs av koncentrationen av en neurotransmittor...

... fatta ett beslut baserat på koncentrationen...

...mata ut en neutrotransmittor.

Idag används elektriska signaler för att klumpigt kommunicera med biologiska neuroner.

Nu har forskare för första gången demonstrerat möjligheten att växla till de kemiska protokoll som biologiska neuroner egentligen använder.

Den artificiella neuronen är gigantisk jämfört med sina biologiska kusiner – en av komponenterna är en signalgenerator. Men det skulle gå att bygga den betydligt mindre.

– Med hjälp av modern nanoteknik kan vi minska storleken och så småningom kan det bli ett implantat som man kan operera in i patienten, säger en av Karolinska Institutet-forskarna, Agneta Richter-Dahlfors.

Den artificiella neuronen kallas för en OEBN (organic electronic biomimetic neuron).

Biologiska neuroner använder kemiska substanser, så kallade neurotransmittorer, för att kommunicera.

OEBN:en mäter koncentrationen av neutransmittorn glutamat och genererar en annan neurotransmittor, acetylkolin, om koncentrationen överstiger ett programmerbart värde. Det går också att reglera hur mycket acetylkolin som släpps ut.

För mätningen av glutamat används en kommersiellt tillgänglig biosensor (7001 från amerikanska Pinnacle Technology). Den levererar en ström som är linjärt proportionell mot koncentrationen.

Leveransen av acetylkolin sker med hjälp av en tryckt komponent som forskargruppen i organisk elektronik på Linköpings universitet tagit fram. Den kallas för en OEIP (organic electronic ion pump). Elektroniktidningen har skrivit om tekniken tidigare (länk).

Biosensorn är inte kopplad till en verklig biologisk nervcell. Den utsätts bara för en koncentration av transmittorer, droppad från en pipett.

Det hade varit tekniskt möjligt att koppla biosensorn till en biologisk neuron, men det hade gjort experimentet mer komplext utan att tillföra någonting.

I andra änden är det därmot äkta vara. Där finns en odling av nervceller. Att de reagerar på acetylkolinet ser man i ett mikroskop.

Den artificiella neuronen har klena prestanda – det tar flera minuter mellan stimuli och respons. Men Linköping har redan effektivare OEIP:er som kommer att ta ner responstiden till biologiska nivåer.

Forskarna hoppas att tekniken i framtiden ska kunna användas för att behandla neurologiska sjukdomar, till exempel för att utöka eller förstärka nervsignalering som inte fungerar som den ska.

Avståndet mellan in- och utgång kan göras godtyckligt långt, och de skulle i princip kunna kommunicera trådlöst med varandra mellan olika delar av kroppen.

I ett pressmeddelande beskriver Karolinska institutet OEBN:n som en ”fullt fungerande” neuron. Det syftar på att den använder samma kemiska gränssnitt som de flesta neuroner använder. Vissa neuroner, som känselceller, tar emot information på andra sätt.

Metoden presenteras i den vetenskapliga tidskriften Biosensors & Bioelectronics.