Патент недели: живые клетки для суперкомпьютеров
При непосредственном участии Федеральной службы по интеллектуальной собственности («Роспатента») мы решили ввести на сайте рубрику «Патент недели». Еженедельно в России патентуются десятки интересных изобретений и усовершенствований — почему бы не рассказывать о них в числе первых.
Патент: 2637391
Авторы: Алексей Пимашкин, Арсений Гладков, Яна Пигарева, Владимир Колпаков, Антон Букатин, Евгений Малышев, Ирина Мухина, Виктор Казанцев
Изучение реакций нашего организма на внешние раздражители — основа клинических испытаний. Для заявлений об эффективности нового лекарства или его выпуска, действенности методов или способов лечения необходимо провести тестирование препаратов на живых клетках, реакции которых управляются нейронами. В свою очередь, реакция нейронов — это не спонтанный ответ, а взаимодействие, основанное на определенных, усвоенных с течением жизни алгоритмах. Именно так работают нейроны в нашем организме, который развивается в течение многих лет. У искусственно выращенных клеток — самого безопасного материала для испытаний — этого времени попросту нет.
Как показали эксперименты российских ученых, на помощь здесь могут прийти направленные процессы обучения нейронной биологической сети. Иными словами, технология ускоренного приобретения клетками «жизненного опыта».
Для обучения клеток «экстерном» используется микроэлектродная матрица. Матрица совмещена с двухкамерным микрожидкостным чипом с микроканалами для выращивания и культивирования двух связанных аксонами — длинными цилиндрическими отростками — популяций диссоциированных нейрональных клеток. Разные участки выращенных клеток подвергаются стимуляции высокочастотными электрическими импульсами на основе особого алгоритма — правила зависящей от времени импульса синаптической пластичности, по которому импульс направляется по аксонам в микроканалах от популяции-источника в популяцию-приемник. С его помощью стимулируют участки нейронной сети, а затем проводят оценку эффективности обучения биологической нейронной сети по нескольким показателям. Фактически, такая сеть — человеческий организм в миниатюре, который научен необходимым «естественным» реакциям с помощью искусственного воздействия.
Такой подход позволяет направленно изменять функциональные связи в культуре диссоциированных клеток — «обучать» их — и фиксировать вызванный, например, лекарством, эффект на основе их функциональной активности. С помощью подобных электрофизиологических манипуляций с живой тканью можно обучать нейронные сети in vitro, в пробирке, вне организма, а в перспективе создавать независимые нейрон-компьютерные устройства, способные к обучению, которые можно, например, использовать в современном протезировании.
Подробности изобретения — в опубликованном патенте.