Tutkijat julkaisivat suunnitelman “organoidiaivoille” ja “biotietokoneelle”

Johns Hopkinsin yliopiston tutkijat ovat julkaisseet suunnitelman “organoidiaivoille”. Tiimi työskentelee “biotietokoneen” kehittämiseksi, joka käyttää ihmisaivojen soluja, ja he uskovat, että se voisi eksponentiaalisesti laajentaa nykyaikaisen tietokoneen mahdollisuuksia ja luoda uusia tutkimusalueita.

Tutkimus julkaistiin Frontiers in Science -tiedelehdessä Frontiers in Science.

Biolaskennan nousu

Thomas Hartung on ympäristöterveyden professori Johns Hopkinsin Bloombergin terveydenhuollon koulussa ja Whitingin insinöörikoulussa. Hän johtaa hanketta.

“Tietokoneet ja tekoäly ovat ajaneet teknologisen vallankumouksen, mutta ne ovat saavuttamassa kattoaan”, sanoi Hartung. “Biolaskenta on valtava ponnistus pakata laskentavoimaa ja lisätä sen tehokkuutta, jotta voimme ylittää nykyiset teknologiset rajoituksemme.”

Lähes kaksi vuosikymmentä tutkijat ovat käyttäneet pieniä organoideja, laboratoriossa kasvatettuja kudoksia, jotka muistuttavat täysikasvuisia elimiä, kokeisiin munuaisilla, keuhkoilla ja muilla elimillä ilman ihmisten tai eläinten käyttämistä. Hartung ja hänen kollegansa Johns Hopkinsissa ovat työskennelleet äskettäin aivo-organoidien parissa, jotka ovat orbeja, jotka ovat kynänkärjen kokoisia ja sisältävät hermosoluja ja muita ominaisuuksia, jotka lupaavat ylläpitää perustoimintoja kuten oppimista ja muistamista.

“Tämä avaa tutkimusmahdollisuuksia siitä, miten ihmisaivot toimivat”, sanoi Hartung. “Koska voit aloittaa järjestelmän manipuloinnin, tekemällä asioita, joita et voi eettisesti tehdä ihmisaivoilla.”

Hartung alkoi kasvattaa ja kokoamaan aivosoluja toimiviksi organoideiksi vuonna 2012 käyttäen soluja, jotka oli ohjelmoitu takaisin alkion kaltaiseen tilaan. Jokainen organoidi sisältää noin 50 000 solua, jotka ovat noin hedelmäkärpäsen hermoston kokoisia. Hän näkee nyt visiota tulevaisuuden tietokoneesta, joka käyttää näitä aivo-organoidia.

Suurennettu kuva aivo-organoidista, joka on tuotettu Thomas Hartungin laboratoriossa, ja joka on värjätty näyttämään hermosolut magentana, solutumakkeet sinisenä ja muut tukisolut punaisena ja vihreänä. Kuva: Jesse Plotkin/Johns Hopkins University

Tulevaisuuden tietokoneen rakentaminen aivo-organoidien avulla

Hartungin mukaan tietokoneet, jotka toimivat “biologisella laitteistolla”, voivat helpottaa superlaskennan energiankulutusta, joka on tulevaisuudessa yhä epäkehittymäisempää. Vaikka tietokoneet prosessoi laskelmia nopeammin kuin ihmiset, aivot ovat paljon älykkäämpiä monimutkaisten loogisten päätösten tekemisessä, kuten koiran ja kissan erottamisessa.

“Saattaa kestää vuosikymmeniä, ennen kuin saavutamme tavoitteen, joka on vertailukelpoinen mihin tahansa tietokoneeseen”, sanoi Hartung. “Mutta jos emme aloita rahoitusohjelmia tämän kehittämiseksi, se tulee olemaan paljon vaikeampaa.”

Organoidiaivot voivat myös vallankumouksellisesti muuttaa lääketutkimusta neurologisille häiriöille ja neurodegeneraatioon.

Lena Smirnova on Johns Hopkinsin apulaisprofessori ympäristöterveyden ja insinööritieteiden alalla, joka johtaa tutkimuksia.

“Haluan vertailla aivo-organoidia normaalisti kehittyneiden lahjoittajien aivo-organoidien kanssa aivo-organoidien, jotka ovat saaneet autismiin”, sanoi Lena. “Työkalut, joita kehitämme biologiseen laskentaan, ovat samat työkalut, jotka antavat meille mahdollisuuden ymmärtää muutoksia hermosolujen verkostoissa, jotka ovat spesifejä autismille, ilman eläinten tai potilaiden käyttämistä, jotta voimme ymmärtää, miksi potilailla on nämä kognitiiviset ongelmat ja heikentymiset.”

Arvioidakseen organoidiaivojen eettiset vaikutukset, monialainen tutkijaryhmä, johon kuuluvat tutkijat, bioeetikot ja yleisön edustajat, on sisällytetty tiimiin.