Игорь Лалаянц
Прозрачный зонд с органоидом в квадратной «рамке» из 16 микроэлектродов. Фото Physorg
У начала создания науки об электричестве стояли три современника, имена двоих из которых высокочтимы в истории науки.
Уроженец Болоньи Луиджи Гальвани (1737–1798) вынес из своих опытов с дергающейся лапкой препарированной лягушки идею животного электричества. Мышечное сокращение вызывало прикосновение кончика скальпеля к обнаженному нерву.
Родившийся в Комо, что неподалеку от Милана, Алессандро Вольта (1745–1827) тоже был полиматом, или многознающим в разных областях, что позволило ему обратить внимание на результат соотечественника и соединить в растворе соли два металла – медные и цинковые пластинки. Медь (анод) легко окисляется, отдавая электроны, что делает медные купола зелеными вследствие образования патины (лат. – «пленка»). Цинк (катод) же электроны легко принимает, что способствует защите оцинкованного железа от ржавчины. Перетекание электронов от анода к катоду создает электродвижущую силу благодаря возникновению потенциала.
Успехи Гальвани и Вольты вдохновили Франца Месмера (1734–1815). Немец прославился в предреволюционном Париже своими сеансами лечебного «магнетизма». Против шарлатана взъярился академик Французской академии наук Антуан Лавуазье (1743–1794), который вслед за Вольтой развивал идеи химической природы электричества.
Великий француз пал жертвой революционных эксцессов – был гильотинирован. Центр исследований электричества переместился за Ла-Манш, в Лондон. Там аристократ Генри Дэви (1778–1829) как-то сжег в вольтовой дуге большой алмаз. Другим электрокудесником стал Майкл Фарадей (1791–1867), младшим современником которого был Джеймс Максвелл (1831–1879). Именно Максвелл догадался, что свет объединяет в себе как электричество, так и магнетизм, – сегодня это единство используется в магниторезонансных томографах.
Впрочем, и на континенте работы по изучению электричества не останавливались. Немец Георг Ом (1789–1854) определил закон работы электрических цепей, протеканию тока в которых препятствует сопротивление, или резистанс. Название это происходит от латинского слова со значением места, по достижении которого движение останавливается. Физиологи же взяли слово «импеданс», корень которого переводится как «стопа», «нога».
Именно импеданс использовали для названия своего микроэлектрода сотрудники Калифорнийского университета в г. Сан-Диего (США) уже в наши дни. Электрод стал прорывным, поскольку для его создания был взят графен, монослой углеродных атомов которого обладает сверхпроводимостью и, следовательно, сверхнизким импедансом (ultralow impedance). Их статья называлась «Графеновые микроэлектроды ультранизкого импеданса с высокой оптической прозрачностью для глубокого имиджинга у трансгенных мышей». Речь – о получении изображений глубоких слоев коры у генетически модифицированных грызунов.
Авторам понадобилось четыре года, чтобы довести свое детище до ума. Дело в том, что сам по себе графен имеет высокий импеданс, поэтому электроны и могут пробегать в нем лишь малые расстояния. В Сан-Диего для понижения сопротивления к графену добавили наночастицы платины, которая обладает высокой электропроводностью. У мышей с помощью таких электродов удалось одновременно регистрировать активность корковых нейронов и получить изображения «всплесков» (spikes) кальцевых ионов (известно, что поступление ионов Са стимулирует генерацию нервных импульсов). Мультимодальный анализ спайков и динамики клеточной активности, регистрировавшихся с помощью 16 электродов одновременно, показал реальность такого подхода.
В конце 2022 года в Сан-Диего пошли еще дальше. К 16 прозрачным микроэлектродам ученые присоединили 3D-органоиды из фибробластов кожи человека, обладающих стволовыми свойствами, а они, в свою очередь, способны превращаться в клетки коры мозга. Полученные органоиды имплантировали мышам в зрительную кору затылочных долей мозга. Органоиды вполне прижились.
Прозрачность электродов позволила визуализировать врастание мышиных сосудов в органоиды человека, а также свечение клеток обоих организмов. Свечение у ГМ-мышей доказывает формирование синапсов, или точек межнейрональных контактов. Мышам с этой целью смонтировали на голове сверхлегкие «шапочки», не мешавшие животным свободно передвигаться. Все перечисленные меры дали возможность следить за развитием двух видов – биологических «брендов» – клеток и синапсов между ними, а также функциональной интеграцией нейрональных сетей человека в коре мышей.
Все это позволяет надеяться на более глубокое изучение нейронных процессов после имплантации органоидов, полученных из клеток аутистов и страдающих нейродегенеративными заболеваниями, той же шизофренией, например. А в итоге делает значительно более эффективным процедуру опробования «вживую» создаваемых лекарств.
