خلايا عصبية كهروكيميائية عضوية المصدر تشبه نظيرتها الحيوية، تعمل خلال أيونات قابلة للضبط مضادة للازدواجية القطبية مختلطة مع بوليمرات موصلة للأيونات الإلكترونية.

صنع باحثون بجامعة لينشوبينغ في السويد خلايا عصبية اصطناعية من أصل عضوي تشبه خصائصها تقريبًا نظيرتها الحيوية. تستطيع الخلايا العصبية الاصطناعية تحفيز الأعصاب الطبيعية، مما يجعلها تقنية واعدة للعلاجات الطبية المختلفة في المستقبل.

يستمر العمل على تطوير خلايا عصبية اصطناعية وظيفية بشكل كبير في مختبر الإلكترونيات العضوية. وقد برهن مجموعة من العلماء بمساعدة البروفيسور سيمون فابيانو في 2022 على إمكانية دمج الخلايا العصبية العضوية داخل نباتات مفترسة حية والتحكم في غلق وفتح فمها، وقد تشابهت الخلايا العصبية الصناعية مع الخلايا الحيوية في اثنين من الخصائص من أصل عشرين خصيصة تميزهم عن بعضهم.

وأوضح نفس الفريق البحثي في دراستهم الأخيرة والتي نُشرت في يناير الماضي بدورية Nature Materials أنهم قد طوروا خلايا عصبية صناعية جديدة أطلقوا عليها ” الخلايا العصبية الكهروكيميائية العضوية المعتمدة على التوصيل” أو (c-OECN)، وتشابهت مع الخلايا الحيوية في خمسة عشر خصيصة من أصل عشرين وهذا جعلها أكثر تشابهًا.

يقول سيمون فابيانو، الباحث الرئيسي في مجموعة إلكترونيات النانو العضوية في مختبر الإلكترونيات العضوية: “أحد التحديات الرئيسية في إنشاء الخلايا العصبية الاصطناعية التي تحاكي بشكل فعال الخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية هي القدرة على التعامل مع تعديل الأيونات. يمكن للخلايا العصبية الاصطناعية التقليدية المصنوعة من السيليكون محاكاة العديد من ميزات الخلايا العصبية الحيوية، ولكن لا يمكنها التوصيل خلال الأيونات. في المقابل تستخدم (c-OECN) أيونات لإظهار العديد من السمات الرئيسية للخلايا العصبية البيولوجية الحقيقية”.

في عام 2018، كانت هذه المجموعة البحثية في جامعة لينشوبنج واحدة من أولى الجامعات التي طورت ترانزستورات كهروكيميائية عضوية تعتمد على البوليمرات الموصلة من النوع (n)، وهي مواد يمكنها توليد شحنات سالبة، هذا جعل من الممكن بناء دوائر كهروكيميائية عضوية متكاملة قابلة للطباعة. منذ ذلك الحين، تعمل المجموعة على تحسين هذه الترانزستورات بحيث يمكن طباعتها على رقاقة بلاستيكية رقيقة. نتيجة لذلك، أصبح من الممكن الآن طباعة آلاف الترانزستورات على أساس مرن واستخدامها لتطوير خلايا عصبية اصطناعية.

تُستخدم الأيونات للتحكم في تدفق التيار الإلكتروني من خلال بوليمر موصل من النوع (n) في الخلايا العصبية الاصطناعية المطورة حديثًا، مما يؤدي إلى طفرات في جهد الجهاز. هذه العملية مشابهة لتلك التي تحدث في الخلايا العصبية البيولوجية. تسمح المادة الفريدة في الخلية العصبية الاصطناعية أيضًا بزيادة التيار وتقليله في منحنى شبه جرس مثالي يشبه تنشيط وتعطيل قنوات أيون الصوديوم الموجودة في علم الأحياء.

يقول سيمون فابيانو: “تُظهر عدة بوليمرات أخرى هذا السلوك، ولكن البوليمرات الصلبة فقط هي التي تكون قادرة على مقاومة الفوضى، مما يتيح التشغيل المستقر للجهاز”.

ربطنا الخلايا العصبية الجديدة (c-OECN) بالعصب المبهم (العصب العاشر) للفئران في التجارب التي أجريت بالتعاون مع معهد كارولينسكا، أظهرت النتائج أن الخلايا العصبية الاصطناعية يمكن أن تحفز أعصاب الفئران، مسببةً تغيرًا بنسبة 4.5٪ في معدل ضربات قلبها.

يمكن لحقيقة أن الخلايا العصبية الاصطناعية يمكن أن تحفز العصب المبهم نفسه على المدى الطويل أن تمهد الطريق لتطبيقات حيوية في أشكال مختلفة من العلاج الطبي، حيث تتمتع أشباه الموصلات العضوية بكونها متوافقة حيويًا ولينة ومرنة بشكل عام، بينما يلعب العصب المبهم دورًا رئيسيًا في نظام المناعة والتمثيل الغذائي في الجسم على سبيل المثال.

ستكون الخطوة التالية للباحثين هي تقليل استهلاك الطاقة للخلايا العصبية الاصطناعية، والتي لا تزال أعلى بكثير من استهلاك الخلايا العصبية البشرية.

قال بادينهار شولاكال هاريكيش، باحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الرئيسي للورقة العلمية: “ما زلنا لا نفهم الكثير عن الدماغ البشري والخلايا العصبية. نحن لا نعرف كيف تستفيد الخلية العصبية من العديد من 15 ميزة الموضحة فعليًا. يمكن لتقليد الخلايا العصبية أن يمكّننا من فهم الدماغ بشكل أفضل وبناء دوائر قادرة على أداء المهام الذكية”.

وأضاف: “ما زال أمامنا طريق طويل، ولكن هذه الدراسة بداية جيدة”.

 المصدر: https://scitechdaily.com

ترجمة: عصام القنديلي

مراجعة وتدقيق: زينب محمد