Группа ученых из университета Нотр-Дама (University of Notre Dame) сделала шаг, приблизивший их к созданию искусственной имитации взаимодействия и обработки информации внутри биологических систем. Это, в свою очередь, является важной функцией для разработки новых форм биоробототехнических устройств, для разработки новых методов лечения заболеваний, поражающих мышечные ткани, таких, как дегенеративные расстройства, аритмия и потеря подвижности конечностей.
Используя клетки тканей сердечной мышцы и так называемые клетки-фибропласты, которые выполняют роль «клея» в сердечных тканях, ученые создали «живой диод», элемент, который может быть использован для построения клеточных систем обработки информации. А для создания структуры этого диода ученые использовали технологии самоформирования и микро-копирования.
В своей работе ученые использовали два типа клеток сердечных тканей, которые упорядочены друг относительно друга определенным образом. Один из типов клеток легко поддается внешнему электрическому возбуждению, а второй — практически на него не реагирует. Переход, образовавшийся на границе этих двух видов клеточных тканей, работает почти так же, как и полупроводниковый p-n переход, и как следствие этого, вся структура выполняет функцию диода, пропуская через себя сигналы только в одном направлении.
Комбинируя несколько «живых диодов» и проводящие сигналы ткани, ученые создали более сложные биологические схемы, позволяющие направлять сигналы в нужном направлении и модулировать ими электрическую деятельность отдельных групп клеток. А более сложные комбинации «живых» диодов и транзисторов позволят усиливать сигналы и создавать на их основе функциональные блоки для управления биологическими двигателями, датчиками и т.п.
Данная работа представляет собой первый шаг в новом направлении в области так называемых биовычислений. Ранние усилия в этом направлении были сосредоточены на создании схем из генно-модифицированных клеток естественного происхождения и клеток нервных тканей, из которых выращивались искусственные нейронные сети. Новый метод обеспечивает ощутимо медленную работу биологических вычислительных систем, так как его основой являются биохимические процессы. Тем не менее, он обеспечивает высокую точность, достоверность и надежность, для сравнения, сети на основе нейронов выдают ошибочные результаты в 10 процентах случаев.
Обладание методами построения клеточных структур, выполняющих определенные функции, открывает дверь к конструированию сложных биологических «вычислительных устройств», которые позволят управлять функционированием определенных органов или работой электронных и механических устройств, имплантированных внутрь живого организма.
Источник:
