Kunstmatige synaps communiceert met levende cellen

Onderzoek & Wetenschap 16/06/2020 10:46:43

Wetenschappers van de TU/e, samen met Amerikaanse en Italiaanse onderzoekers, slaagden erin kunstmatige synapsen te ontwikkelen die met levende cellen kunnen communiceren.

Lees hieronder verder   
Verwant

Onderzoekers brengen luchtcirculatie Covid-19 beter in kaart

Nieuwe ’hybride-motor’ voor biologisch afbreekbare nanomotoren

Gentse biotech start-up ontwikkelt universeel Covid-19 vaccin

Nieuwe techniek geeft sneller resultaten leveraandoening

Nieuwe test met organ-on-chip bepaalt hartschade COVID-19

Behandelsucces ‘oefenen’ op digitale lichaamskopie

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Hannover Messe Digital Days

Online

van 14/07/2020 tot 15/07/2020

De Logistiek Manager als Logistiek Auditor

IMF Academy (centraal Nederland)

dinsdag 1 september 2020

Warmtewende voor industrie

Havenhuis Antwerpen

maandag 7 september 2020

Asset Performance 4.0

ICC Gent

van 15/09/2020 tot 17/09/2020

Business Process Management - klassikaal

IMF Academy Utrecht(NL)

van 15/09/2020 tot 24/09/2020

Certified ISO 31000 Risicomanagement 

IMF Academy Utrecht (NL)

van 16/09/2020 tot 18/09/2020

Keuze van de redactie

(1/7) Nieuw investeringsfonds van 42 miljoen euro voor start-ups en scale-ups

(1/7) Gentse biotech start-up ontwikkelt universeel Covid-19 vaccin

(29/6) Vlaamse bedrijven krijgen 14,8 miljoen euro voor technologische begeleiding

(29/6) Innovatief zonnepaneel voor grootschalige productie op komst

(25/6) Primeur: netgekoppelde buurtbatterij

(24/6) Nieuw project om plasticvervuiling in rivieren op te ruimen

>> Meer blikvangers

ENGINEERINGNET.BE - Het brein bestaat uit zenuwcellen die elektrochemische signalen (neurotransmitters en ionen) naar elkaar sturen. Deze cellen praten met elkaar via twee synapsen en een smalle spleet daartussenin.

De spleet is als het ware het transportmiddel van de signalen. Elke keer dat een signaal door de synaptische spleet gaat, wordt de connectie sterker en kost het versturen minder energie. Dat komt doordat de signalen de geleidbaarheid van de ontvangende synaps blijvend aanpassen.

Dat versterken van de weg is de manier waarop het brein leert. De ontvangende synaps verwerkt de signalen dus niet alleen, het heeft ook een geheugenfunctie. Dat alles maakt het een ultra-efficiënt en lerend systeem.

In 2017 ontwikkelde TU/e-onderzoeker Yoeri van de Burgt, destijds postdoc bij Stanford University, met succes een kunstmatige synaps gemaakt van organische materialen. Met hetzelfde onderzoeksteam was hij nu in staat om deze synaps daadwerkelijk te laten communiceren met levende cellen die lijken op zenuwcellen.

Van de Burgt: “Ons systeem blijkt, net als een echt brein, een leer- en een geheugenfunctie te hebben. Daarmee zijn we een stap dichter bij een adaptieve verbinding met het brein, wat geavanceerde prothesen en regeneratieve geneeskunde mogelijk maakt.”

“De meeste onderzoeksgroepen die werken aan het meten van hersenactiviteit en brein-machine interfaces zijn alleen in staat om elektrische signalen te meten. Maar die signalen zijn enkel een afgeleide van de processen in de synaps. Wij kunnen het proces écht nabootsen. We werken namelijk, net zoals het brein zelf, met elektrochemische signalen. Dat maakt onze aanpak efficiënter maar ook relevanter.”

Het systeem van twee synapsen en een synaptische spleet, is door de onderzoekers nagebouwd met twee geleidende elektroden bestaande uit een zacht polymeer en daartussenin een elektrolyt-oplossing. Vervolgens wisten de onderzoekers de levende cellen bovenop de eerste elektrode te plakken, en deze te voeden via een kweekmedium. Van de Burgt heeft in Eindhoven samen met PhD-student Setareh Kazemzadeh voornamelijk gewerkt aan het vloeistoftransport tussen beide synapsen in.

Van de Burgt: “De levende cellen in ons systeem communiceren met de elektrode doordat de neurotransmitter uit de cel een (redox)reactie ondergaat en het daarmee ionen vormt. Deze ionen verplaatsen zich vervolgens via de spleet naar de tweede electrode. De geleidende toestand van deze tweede elektrode verandert hierdoor. Een deel van die verandering blijft behouden, en simuleert het leerproces dat in een echt brein plaatsvindt.”

Het verwerken en opslaan van het signaal gebeurt dus tegelijkertijd, net als in een echte synaps. Dat maakt het systeem zo energie-efficiënt. Daarna moeten de neurotransmitters weer terug worden gevormd, om zich klaar te maken voor het volgende signaal van de cel. Ook dat is door de onderzoekers nagebootst.

Van de Burgt: “Met een microfluïdisch systeem wisten we het biologisch relevante proces van de zogenoemde endocytose na te bootsen. Dat houdt in dat we de synapsen weer kunnen herstellen naar hun originele staat. We wisten dat te bewerkstelligen via het transport van zuurstof naar de kunstmatige synaps. En dat bleek goed te werken. Het is niet precies hetzelfde proces als in het brein, maar geeft wel hetzelfde eindresultaat.”

De volgende stap voor Van de Burgt is om zijn systeem echt toe te gaan passen op problemen in de geneeskunde. Bijvoorbeeld om betere prothesen te ontwikkelen die écht kunnen communiceren met het lichaam en de hersenen of om stukken uitgevallen brein te herstellen met adaptief materiaal. << (Guy Leysen) (foto: TU/e - Yoeri van de Burgt)

Op de foto:
De kunstmatige synaps gemaakt van organische materialen. De elektrische probes (metalen onderin) meten de conductiviteit. Het microfluidisch systeem (slangetjes daarboven) voedt de levende cellen en herstelt de synaps naar de originele staat.

Reageren
Abonneer op onze nieuwsbrief

Mis ook dit niet...

Koningin Paolaprijs voor KIKS-project rond Artificiële intelligentie

Leerlingen onderzoeken de relatie tussen huidmondjes van planten en klimaatverandering, om zo meer te leren over AI, diepe neurale netwerken en Python, een toegankelijke programmeertaal.

Gentse biotech start-up ontwikkelt universeel Covid-19 vaccin

Door slim gebruik te maken van bestaande technologie voor kankerbehandeling, mikt het Covid-19 vaccin van myNEO op een lange termijn bescherming bij meer dan 80% van de globale populatie.

Onbeperkt betaald verlof: geluk op de werkvloer wint aan belang - artikel

Leidt onbeperkt verlof tot meer geluk op de werkvloer? “Inzetten op welzijn van de medewerkers is een zeer verstandige keuze”, meent professor in Omgeving en Gezondheid Lode Godderis (KUL).

Van lignine bijproducten tot duurzame betonplastificeermiddelen

Een Europees consortium, met onder meer VITO, ontwikkelde een kostenefficiënt alkali-oxidatieproces om technische en bioraffinage-lignines om te zetten in diverse dispergeermiddelen.

Compacte kracht op de edge

Met de ultra-compacte industriële PC C7015 biedt Beckhoff een industriële PC aan die direct op de machine of het systeem gemonteerd kan worden (op de edge).

Bart Steukers zal Marc Lambotte opvolgen bij Agoria

Bart Steukers (58) zal in april 2021 de nieuwe CEO van technologiefederatie Agoria worden. Hij volgt dan Marc Lambotte op, die op 65-jarige leeftijd met pensioen zal gaan.

Gimv wordt belangrijke aandeelhouder van Televic

Gimv heeft een deelneming verworven in Televic, leverancier van hoog­technologische en kwalitatieve communicatie­systemen voor specifieke markten zoals de zorg, onderwijs, ...

Programma Hannover Messe Digital Days bekend

De Hannover Messe Digital Days op 14 juli zijn gevuld met een divers en zeer interessant programma, startende met een paneldiscussie "Forward to the New ? New Opportunities for Progress?"

Partners