Onderzoekers van onder meer de University of Bath zijn erin geslaagd een kunstmatige zenuwcel te bouwen. De makers spreken van een grote doorbraak met enorme potentie.  

Al decennia proberen onderzoekers om zenuwcellen te maken die reageren op elektrische prikkels van het zenuwstelsel. Het idee is dat dergelijke kunstmatige zenuwcellen bij tal van chronische ziekten herstel mogelijk maken. Het gaat daarbij om onder meer alzheimer of hartfalen.

Onderzoekers van de University of Bath melden nu een doorbraak. Ze zijn erin geslaagd een zenuwcel in chipvorm te bouwen die niet alleen de functie van een echte zenuwcel kan overnemen, maar die ook nog eens nauwelijks energie verbruikt. Dat maakt de cel geschikt voor diverse toepassingen in het lichaam. Ze beschrijven hun bevindingen deze week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications.



Respons identiek

Het bouwen van zenuwcellen is lastig, vanwege de complexe werking. Zo is de respons van een biologische zenuwcel op een prikkel niet goed te voorspellen. Vaak is die niet-lineair: als een elektrische prikkel twee keer zo groot is, betekent dat niet per se dat de reactie ook twee keer zo groot hoeft te zijn. Die kan bijvoorbeeld drie keer zo groot zijn, of nog veel groter. 

De onderzoekers slaagden erin de respons van biologische zenuwcellen in een model te verwerken, en dat te vertalen naar de juiste respons van de kunstmatige zenuwcel. Vervolgens bouwden ze een geïntegreerde schakeling met synthetische ionenkanalen, de eiwitten die elektrische prikkels doorgeven binnen de cel. Daarmee konden ze aantonen dat hun kunstmatige zenuwcellen bij diverse soorten prikkels exact zo reageren als hun biologische evenknie.


Enorme doorbraak

'Over zenuwcellen was nooit veel bekend, maar wij hebben de zwarte doos weten te openen en erin gekeken', zegt hoogleraar Alain Nogaret van de University of Bath in een persbericht. 'Ons werk is een enorme doorbraak omdat er nu een robuuste methode ligt om de elektrische eigenschappen van biologische zenuwcellen tot in het kleinste detail na te bouwen.'

De kunstmatige zenuwcel heeft niet meer dan 140 nanoWatt aan stroom nodig. Dat is een miljard keer minder dan een microprocessor. Bij eerdere pogingen om kunstmatige zenuwcellen te bouwen, werden microprocessoren gebruikt, maar het energieverbruik was een struikelblok. Doordat de nieuwe cellen zo weinig nodig hebben, zijn ze geschikt om in bio-elektronische implantanten te worden verwerkt.


Slimme pacemaker

Bij hartfalen kan het gebeuren dat zenuwcellen in de hersenen niet goed reageren op prikkels van het zenuwstelsel. Daardoor sturen ze niet de juiste signalen naar het hart, dat daardoor niet pompt naar de behoefte van het lichaam. 

Nogaret kondigde aan slimme pacemakers te gaan ontwikkelen die niet enkel het hart laten kloppen, maar waarin de zenuwcellen worden gebruikt om het hart exact te kunnen laten reageren op wat het lichaam nodig heeft , zoals ook in een gezond hart gebeurt.

Foto: University of Bath