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Il pancreas umano in un chip per studiare la malattia

Il pancreas umano in un chip per studiare la malattia

Il pancreas umano in un minuscolo dispositivo. Gli organoidi cresciuti nel dispositivo microfluidico possono aiutare i pazienti affetti da diabete.

Gli scienziati hanno creato il pancreas umano su un chip che ha permesso loro di identificare la possibile causa di una frequente e mortale complicazione della fibrosi cistica (CF) chiamata diabete correlato alla fibrosi cistica o CFRD (CF-Related Diabetes). Secondo i ricercatori del Cincinnati Children's Hospital Medical Center, la cui ricerca è stata pubblicata su Nature Communications, (1) il chip si potrebbe utilizzare anche come dispositivo bicamerale. Ciò presenterebbe organoidi pancreatici umani bioingegnerizzati per studiare le cause di condizioni non correlate alla CF (fibrosi cistica) come il diabete di tipo 1 e 2.

Tuttavia, per prima cosa, gli scienziati vogliono verificare se il loro dispositivo può aiutare le persone con CF (fibrosi cistica) - una malattia polmonare genetica causata da una mutazione del gene CFTR (CF-Related Diabetes). La mutazione porta ad uno squilibrio di acqua e sale sulle superfici cellulari che ostruisce i polmoni con muco denso.

Man mano che le persone con FC invecchiano, diventano sempre più a rischio di CFRD, secondo il dottor Anjaparavanda P. Naren, (2) ricercatore principale dello studio e direttore del Centro di ricerca sulla fibrosi cistica (divisione di medicina polmonare). A peggiorare le cose è che fino ad ora non c'è stato un modo efficace per studiare CFRD in laboratorio per cercare trattamenti migliori.

il dottor Anjaparavanda P. Naren spiega: “i modelli murini di CF (fibrosi cistica) non ricreano fedelmente il diabete correlato alla CF in laboratorio e non è stato possibile studiare la malattia in maniera esaustiva come abbiamo fatto in questo studio. La nostra tecnologia ricorda da vicino il pancreas umano e potenzialmente potrebbe aiutarci a trovare misure terapeutiche per gestire lo squilibrio del glucosio nelle persone con CF, che è collegato all'aumento della malattia e al decesso.”

Chip imita il cervello per creare ricordi

Chip imita il cervello per creare ricordi

Gli ingegneri hanno imitato il cervello umano con un chip elettronico che utilizza la luce per creare e modificare i ricordi

I ricercatori della RMIT University hanno tratto ispirazione da uno strumento emergente in biotecnologia - l'optogenetica - per sviluppare un dispositivo che replica il modo in cui il cervello immagazzina e perde informazioni. L'optogenetica consente agli scienziati di scrutare nel sistema elettrico del corpo con incredibile precisione, usando la luce per manipolare i neuroni in modo che possano essere accesi o spenti.

Il nuovo chip si basa su un materiale ultrasottile che modifica la resistenza elettrica in risposta a diverse lunghezze d'onda della luce, consentendogli di imitare il modo in cui i neuroni lavorano per archiviare ed eliminare le informazioni nel cervello.

il dottor Sumeet Walia, (1) leader del team di ricerca, sostiene che la tecnologia ci avvicina all'intelligenza artificiale (AI) che può sfruttare la piena funzionalità sofisticata del cervello. A tal proposito afferma: “Il nostro chip, di ispirazione optogenetica, imita la biologia fondamentale del miglior computer della natura: il cervello umano. Essere in grado di archiviare, eliminare ed elaborare le informazioni è fondamentale per il calcolo e il cervello lo fa in modo estremamente efficiente. Siamo in grado di simulare l'approccio neurale del cervello semplicemente splendendo colori diversi sul nostro chip. Questa tecnologia ci porta oltre nel cammino verso un'elaborazione della luce rapida, efficiente e sicura. Ci conferisce anche un importante passo avanti verso la realizzazione di un cervello bionico - un cervello su un chip che può imparare dal suo ambiente proprio come fanno gli umani.”

Chip di calcolo simile a un cervello


I ricercatori fanno un passo avanti verso il chip di calcolo basato sulla luce, simile a un cervello. Nuovo hardware basato sulla luce che può memorizzare ed elaborare le informazioni in modo simile al cervello umano.

Una tecnologia che funziona come un cervello? In questi tempi di intelligenza artificiale, questo non sembra più così inverosimile - per esempio, quando un telefono cellulare può riconoscere volti o lingue. Con applicazioni più complesse, tuttavia, i computer si trovano ancora di fronte ai propri limiti.

Uno dei motivi di ciò è che un computer ha tradizionalmente unità separate di memoria e processore - la conseguenza è che tutti i dati devono essere inviati avanti e indietro tra i due. Sotto questo aspetto, il cervello umano è molto più avanti persino dei computer più moderni perché elabora e memorizza le informazioni nello stesso luogo - nelle sinapsi o nelle connessioni tra i neuroni, di cui ci sono un milione di miliardi nel cervello.

Un team internazionale di ricercatori delle università di Münster (Germania), Oxford ed Exeter (entrambi nel Regno Unito) sono ora riusciti a sviluppare un hardware che potrebbe aprire la strada alla creazione di computer che somigliano al cervello umano. Gli scienziati sono riusciti a produrre un chip contenente una rete di neuroni artificiali che funziona con la luce e può imitare il comportamento dei neuroni e delle loro sinapsi.

I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che una tale rete ottica neurosaptica è in grado di “apprendere” le informazioni e usarle come base per calcolare e riconoscere i modelli - proprio come un cervello. Poiché il sistema funziona esclusivamente con la luce e non con gli elettroni tradizionali, può elaborare i dati molte volte più velocemente.

Il Professor Wolfram Pernice (1) dell'Università di Münster e partner principale dello studio, spiega: “Questo sistema fotonico integrato è un traguardo sperimentale. L'approccio potrebbe essere usato in seguito in molti diversi campi per valutare i modelli in grandi quantità di dati, ad esempio nelle diagnosi mediche.” Lo studio è stato pubblicato dalla rivista Nature. (2)

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