澳洲科学家用纳米管在芯片上培育脑细胞

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[摘要]研究人员在芯片上安装一个纳米管支架，上面放置脑细胞，加入培养液，观察细胞生长，目的是了解大脑神经元是怎样建立回路的。

信号从一个神经元出发，抵达另一个神经元，如是形成了人类思维。这些连接是怎样形成的？我们所知甚少。为了了解脑信号的处理过程，澳大利亚科研人员在半导体芯片上造了一个纳米管支架，它可以帮助脑细胞生长、形成回路。最近，科研人员在《纳米通讯》（Nano Letters）杂志上介绍了新设备。

未来我们也许可以看到大脑芯片，不过科研人员开发的神经支架相去还很遥远。澳大利亚国立大学生物材料工程师高塔姆（Vini Gautam）说，它的确可以帮助科学家了解神经元是怎样生长的，又是如何连接的。

要在实验室重建神经元回路，对科学家来说一直是一个挑战。大脑神经元的连接与沟通方式是有秩序的。但在实验室内细胞的重建却是随意的，受到实验条件的限制，回路与真实大脑的回路不一样。

高塔姆说：“理解大脑神经元回路是如何形成的，这是神经科学的一个根本问题。”连接成为人类处理信息的根本，理解连接可以帮助人类找到治疗精神疾病的有效方法。

高塔姆和同事创造一个环境，引导神经元生长，让它们建立自然、协同的连接。为了达到目标，研究团队制造了一个纳米管支架，它是用磷化铟制造的。这种半导体材料用在纳米电子中，所以相当有名，比如制造LED、太阳能电池时就会用到它。高塔姆说，没有人用磷化铟与大脑细胞建立连接。

研究人员将纳米管排列成方形网格，每个支架上放置约50个啮齿动物的脑细胞，然后加入培养液，观察它们的生长状况。

几天之后，神经元生成了神经突。在大脑内部，长而薄的神经突从细胞体伸展出来，与其它神经元连接，结点就是突触。在高塔姆的纳米管支架上，神经元长出神经突，它们在晶格上扩张，通过突触与其它细胞连接。

高塔姆说：“我以前观察过许多神经元细胞。”不过这些神经元细胞的生长是随意的。她还说：“这一次不同，我用显微镜观察支架，发现一个惊人的现象：细胞的突触以直线的形式排成网格。”

这是一件好事，意味着突触的生长是可以用支架的形状引导的，研究人员可以控制它的生长。与此同时，细胞以自然的方式连接，细胞之间的通信也是协同的，正如大脑一样。将上述因素整合在一起，我们就可以得出一个结论：支架是一个很好的平台，可以帮助科学家研究生物神经元回路。

研究团队用扫描电子显微术监控细胞的生长，用功能性钙成像技术评估神经元的沟通效果。

现在研究团队已经优化了支架，它可以更好模拟大脑的生理特征，研究人员用它调查神经元回路的形成机制。高塔姆希望他们可以最终开发出大脑假体，如果人的神经元回路因为受伤或者疾病出现问题，可以用假体修复。