НАУКА и ОБЩЕСТВО 2025. НАУКА. 19
84 • Швейцарские учёные подключили нейроны из стволовых клеток к компьютерам
• Получены CAR NK-клетки, которые не вызывают иммунной реакции у реципиента
• В МФТИ учат ДНК и белки работать, как транзистор
• Белки, созданные искусственным интеллектом, тестируют программные средства биобезопасности
• Эта улитка может хранить секрет регенерации человеческого глаза
Швейцарские учёные подключили нейроны из стволовых клеток к компьютерам
Учёные из лаборатории FinalSpark в Швейцарии создают компьютеры на основе сетей нейронов, выращенных в лаборатории из стволовых клеток человека. Эти органоиды подключают к электродам для обмена электрическими сигналами с обычными компьютерами. Это первый шаг к обучению нейронов распознавать входные данные и генерировать ответ, подобно машинному обучению.
Метод включает культивирование стволовых клеток, полученных из кожи человека в клинике Японии. Клетки превращают в кластеры нейронов и поддерживающих клеток, формируя органоиды в чашке Петри. Структурам дают созреть несколько месяцев, после чего подключают электроды. Сигналы с клавиатуры передают органоидам, вызывая электрическую активность, видимую на графике, похожем на электроэнцефалограмму. Взаимодействие происходит через электрическую стимуляцию живой ткани.
Органоиды живут до четырёх месяцев, но разработка сталкивается с проблемой: без кровеносных сосудов они ограничены в питании. За последние пять лет учёные зафиксировали около 1000–2000 случаев интенсивных всплесков электрической активности перед гибелью органоида.
«Есть много того, чего мы ещё не понимаем в том, что делают органоиды и почему», — отметил сооснователь FinalSpark Фред Джордан, пошутив, что, возможно, «разозлил их».
Подобные разработки ведутся и в других лабораториях. В 2022 году австралийская компания Cortical Labs сообщила, что выращенные нейроны научились играть в игру Pong.
Биокомпьютеры на основе органоидов могут дополнить кремниевые процессоры в нишевых задачах, улучшить моделирование болезней и сократить использование животных в тестах. Руководитель исследований Лена Смирнова (Lena Smirnova) из Johns Hopkins University считает, что это не замена, а дополнение, полезное для изучения неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера и аутизм.
https://www.techspot.com/news/109753-tiny-lab-grown-brains-could-help-build-next.html
Разогнать иммунитет, чтобы подавлять агрессивные виды рака с эффективностью 88%. Тесты новой вакцины на мышах
Антираковая вакцина нового поколения показала потрясающие результаты на мышах, предотвратив до 88% агрессивных и трудно поддающихся лечению видов рака. В основе вакцины – наночастицы двойного действия, которые обучают иммунную систему распознавать и уничтожать опухолевые клетки.
Исследование, проведенное в Массачусетском университете (UMass) в Амхерсте, приблизило человечество к потенциальной терапии. Иммуностимулирующая вакцина на основе наночастиц эффективно предотвращает меланому, рак поджелудочной железы и тройничный рак молочной железы у мышей.
Вакцина объединяет две иммуностимулирующие молекулы (адъюванты) в крошечной липидной наночастице, которая усиливает как врожденный, так и адаптивный иммунный ответ.
Врожденный иммунитет выступает в качестве первой линии защиты организма, быстро и неспецифично реагируя на вторжение, используя клетки, продуцирующие воспалительные сигналы.
Адаптивный иммунитет активируется дольше, но обеспечивает целенаправленный и продолжительный ответ, обучая Т- и В-клетки распознавать и запоминать специфические угрозы. Вместе они формируют скоординированную защиту: врожденный иммунитет предупреждает и активирует адаптивную систему, которая затем обеспечивает точный и стойкий иммунитет.
Мышей вакцинировали подкожно по схеме «прайм-буст-буст»: на нулевой, 14-й и 35-й дни. Вакцины комбинировали с опухолевыми пептидами – специфическими антигенами меланомы. Или с лизатами целых опухолевых клеток – смесь опухолевых белков, имитирующая настоящие опухоли.
Затем исследователи протестировали вакцину на трёх моделях агрессивного рака: меланоме, раке поджелудочной железы и трижды негативном раке молочной железы (ТНРМЖ). Ученые также измерили, насколько хорошо наночастицы достигают лимфатических узлов, где активируется иммунный ответ, и насколько хорошо они активируют ключевые иммунные посредники: дендритные клетки, которые вызывают Т- и В-клеточный ответ.
Наночастицы с двойным адъювантом вызывали у мышей усиленный и эффективный иммунный ответ. Они также эффективно проникли в лимфатические узлы, что необходимо для эффективности вакцины, и активировали дендритные клетки.
В сочетании с несколькими пептидами у 100% вакцинированных мышей наблюдалось отторжение опухолей, в то время как все мыши в группах без лечения или с одним адъювантом погибли в течение месяца. У мышей, переживших первое подселение опухоли и избавившиеся от них, вторичные опухоли не появлялись после повторного введения, даже через несколько месяцев. Это свидетельствует о долговременной иммунной памяти.
Исследователи планируют использовать свою вакцину как в лечебных, так и в профилактических целях, а также в качестве подхода к лечению различных видов рака. Чтобы помочь им в этом, Атукорале и Кейн создали стартап NanoVax Therapeutics.
https://habr.com/ru/articles/955258/
https://www.cell.com/cell-reports-medicine/fulltext/S2666-3791(25)00488-4
Получены CAR NK-клетки, которые не вызывают иммунной реакции у реципиента
Ученые из США разработали новый метод создания CAR NK-клеток, которые не вызывают атаки иммунной системы реципиента. Этот подход открывает путь к массовому производству терапевтических клеток, подходящих для широкого круга пациентов. Как показали эксперименты на мышиных моделях, клетки со сниженной экспрессией классических HLA и одновременной оверэкспрессией белков иммунных контрольных точек или одноцепочечного HLA-E способны бороться с опухолями и при этом избегать атаки со стороны Т- и NK-клеток хозяина.
Ученые из Массачусетского технологического института и Института рака Даны—Фарбера Гарвардской медицинской школы предлагают новый метод получения донорских CAR-NK клеток, которые подходят для введения разным больным.
Все больше внимания привлекает альтернативный подход — предлагается заменить аутологичные CAR Т-лимфоциты аллогенными CAR NK-клетками. Преимущество такого подхода в том, что аллогенные NK-клетки, или естественные киллеры, в отличие от аллогенных Т-лимфоцитов, не вызывают тяжелых осложнений, таких как цитокиновый шторм и реакция «трансплантат против хозяина». Использование донорских клеток позволит решить проблему длительного и дорогостоящего производства — такие клетки можно накапливать и хранить, чтобы применять немедленно по мере надобности.
Тем не менее одна из ключевых проблем аллогенной клеточной терапии остается нерешенной — из-за атак CD8+ Т-лимфоцитов и NK-клеток реципиента происходит быстрое уничтожение донорских иммунных клеток. Чтобы решить эту проблему, необходимо снизить в аллогенных клетках экспрессию классических молекул главного комплекса гистосовместимости класса I (HLA-ABC), поскольку CD8+ Т-клетки реципиента распознают чужие клетки именно через них.
Авторы нового исследования разработали короткую шпилечную РНК (short hairpin RNA, shRNA), которая избирательно подавляет экспрессию классических HLA-A, B и C, но не затрагивает неклассический HLA-E, важный для защиты аллогенных клеток от NK-цитотоксичности через рецептор NKG2A. Для дополнительной защиты от иммунного ответа ученые добавили в конструкцию гены, кодирующие иммунные контрольные точки (PD-L1) или одноцепочечный HLA-E (single-chain HLA-E, SCE). PD-L1 взаимодействует с рецептором PD-1 на Т-клетках и подавляет их активность, а HLA-E связывается с ингибиторным рецептором NKG2A на NK-клетках, предотвращая их атаку.
В эксперименте на мышах с гуманизированной иммунной системой, которым ввели клетки лимфомы, модифицированные CAR-NK клетки продемонстрировали высокую устойчивость к иммунному отторжению и практически полностью уничтожили опухоли в течение трех недель. Вероятность развития синдрома высвобождения цитокинов, оказалась низкой. У контрольных мышей, получавшие немодифицированные NK-клетки либо NK-клетки только с CAR-рецептором, быстро развивался иммунный ответ на донорские клетки, которые погибали, и это сопровождалось неконтролируемым ростом рака.
По мнению авторов исследования, разработанный ими подход позволит в ближайшем будущем создавать универсальные (off-the-shelf) CAR NK-препараты, которые можно будет оперативно применять в онкологической практике. Исследователи надеются провести клинические испытания этого подхода, сообщается в пресс-релизе. Кроме того, планируется оценка потенциала CAR-NK клеток при аутоиммунных заболеваниях, таких как волчанка.
В МФТИ учат ДНК и белки работать, как транзистор
Специалисты МФТИ пришли к выводу, что технологии гибридных вычислительных систем, сочетающие традиционные микросхемы с биологическими компонентами, максимально перспективны в области персонализированной медицины и системах шифрования данных. Работа, опубликованная в международном научном журнале Materials Today Nano, систематизирует последние достижения в области биологических интегральных схем и определяет ключевые направления их развития.
Эра традиционных компьютеров приближается к своему физическому пределу: дальнейшая миниатюризация кремниевых микросхем становится практически невозможной. Пока инженеры бьются над этой проблемой, биологи предлагают свой путь — использовать для вычислений молекулы ДНК, которые уже доказали свою эффективность в медицинской диагностике. Однако главное препятствие оставалось нерешённым: как объединить эти два мира — высокоскоростную электронику и медленную, но мощную химию живых систем?
Ответ на этот вопрос предлагают в МФТИ. В своем новом исследовании учёные представили перспективный путь создания гибридных процессоров, в которых ДНК и белки становятся активными элементами на поверхности кремниевых чипов. Учёные уже давно успешно совмещают биомолекулы с транзисторами в биосенсорах. Следующий шаг — научить такие «биологические интегральные схемы» решать более сложные вычислительные задачи.
По оценкам ученых МФТИ, технология пригодится, в первую очередь, для развития персонализированной медицины, где требуется быстро и точно анализировать сложные биологические данные. Она также может найти применение в безопасном хранении информации и создании новых систем шифрования на основе биологических принципов.
На текущем этапе технология находится в стадии активных лабораторных исследований. Учёные уже демонстрируют рабочие прототипы отдельных логических элементов, но для создания полноценного биокомпьютера предстоит справиться с рядом серьёзных вызовов. Основные задачи – обеспечить долговременную стабильность биомолекул в составе электронных устройств и разработать стандартные технологические процессы для их массового производства.
Планы учёных сосредоточены на решении этих проблем, что в перспективе позволит создать принципиально новые вычислительные системы, объединяющие лучшие черты живой природы и кремниевой электроники.
https://scientificrussia.ru/articles/v-mfti-ucat-dnk-i-belki-rabotat-kak-tranzistor
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2588842025001129?dgcid=author
Белки, созданные искусственным интеллектом, тестируют программные средства биобезопасности
Новое программное обеспечение для мониторинга биобезопасности способно выявлять токсичные свойства белков, созданных искусственным интеллектом.
Повсеместно это программное обеспечение отслеживает процессы искусственного синтеза белков, гарантируя, что злоумышленники не будут синтезировать опасные белки, например токсины. В журнале Science от 2 октября исследователи сообщают, что незначительные изменения, внесённые ИИ в известные токсины или вирусные белки могут обойти защитные механизмы организма.
Представленная в журнале работа велась исключительно in silico, с помощью компьютеров и специализированного программного обеспечения. Цифровые модели белков, сгенерированные ИИ, не синтезировались в лаборатории физически, и нет доказательств того, что сгенерированные ИИ варианты белков имели предсказанную функциональную активность.
Устранение пробелов в скрининге позволило повысить способность компьютерных программ выявлять опасные белки, созданные ИИ.
Несмотря на то, что ИИ может создавать цифровые модели белков, определяя необходимые для их синтеза аминокислоты, эта технология не позволяет создавать белки физически. Единственным на сегодня вариантом получения рекомбинантных белков является синтез соответствующего гена с последующим его внесением в клетку-продуцента. Искусственно синтезированные на коммерческой основе по заказу исследовательских лабораторий нуклеотидные последовательности различных генов подвергаются проверки на биобезопасность с помощью программного обеспечения для подтверждения того, что продукт экспрессии этих генов не будет представлять биологическую угрозу.
https://www.sciencenews.org/article/ai-proteins-biosecurity-safeguards
Эта улитка может хранить секрет регенерации человеческого глаза
Яблочные улитки могут восстанавливать зрение, что даёт надежду на лечение травм и заболеваний глаз у людей
Золотистые яблочные улитки (Pomacea canaliculata) — пресноводные улитки из Южной Америки. Элис Аккорси познакомилась с этим видом, когда училась в аспирантуре в Италии. «Их можно было купить в зоомагазине как улиток, которые чистят дно в аквариумах», — вспоминает она. Оказывается, эти улитки — одни из самых инвазивных видов в мире. И это заставило Аккорси задуматься: почему они такие живучие и способны процветать в новых условиях?
Она начала изучать иммунную систему улиток и обнаружила, что глаза улиток также являются органы, способным восстанавливаться после воздействия неблагоприятных условий. Эти улитки могут полностью отрастить функциональный глаз в течение нескольких месяцев после его ампутации, сообщают Аккорси и его коллеги в статье, опубликованной 6 августа в Nature Communications.
Учёным уже много веков известно, что некоторые улитки могут отращивать себе головы, а исследования показали, что другие животные могут регенерировать тела, хвосты или конечности. Но это открытие особенно интересно, потому что у яблочных улиток глаза похожи на камеры и напоминают человеческие. Понимание того, как улитки восстанавливают свои глаза, может привести к разработке методов лечения травм глаз у людей или таких заболеваний, как дегенерация жёлтого пятна.
Аккорси, которая сейчас работает биологом-эволюционистом в Калифорнийском университете в Дэвисе, использовала молекулярные ножницы под названием CRISPR/Cas9, чтобы генетически отключить некоторые ключевые гены, участвующие в развитии глаза, и вывела линии улиток с такими мутациями. Это большой шаг на пути к тому, чтобы использовать улиток в качестве лабораторных моделей для изучения развития человеческого глаза. На создание таких модельных организмов могут уйти десятилетия, но Аккорси справилась всего за несколько лет.
Помимо структурного сходства глаз человека и улитки, оба вида используют одни и те же гены для формирования глаз. В частности, Аккорси обнаружила, что улиткам, как и людям, для роста глаз необходим ген PAX6. У улиток, у которых она отключила этот ген, глаза не растут. Другие части тела развиваются нормально, но безглазые улитки лежат на спине на дне аквариума и не могут перевернуться, ползать или искать пищу. Они не двигались, даже когда исследователи переворачивали их. Но улитки выросли и стали взрослыми, когда исследователи стали кормить их с рук остатками органического салата из салат-бара института. Эта неспособность добывать пищу говорит о том, что PAX6 также может быть важен для развития мозга.
По словам Генри Классена, офтальмолога и исследователя стволовых клеток из Калифорнийского университета в Ирвайне, который не принимал участия в работе, открытие механизма регенерации глаз у улиток не приведёт к немедленному излечению людей. Но осознание того, что глаза можно регенерировать, может стать «маяком надежды», говорит он. «По крайней мере, можно начать задавать вопросы вроде: «В чём загвоздка? Насколько далеко продвинулись исследования в области регенерации у людей и какие гены, например, вмешиваются в процесс или были добавлены для подавления регенерации или не реагируют на неё?»
У улиток есть и другие гены, которые, как известно, играют важную роль в развитии человеческого глаза. По словам исследователей, секрет регенерации глаз, вероятно, кроется в молекулярных переключателях, которые контролируют активность этих генов. Возможно, у людей уже есть такие переключатели, и исследователям нужно будет лишь активировать их в нужное время и в нужном месте, чтобы регенерировать глаза, говорит Аккорси. Или же регенерация может контролироваться переключателем или переключателями, которые есть у улиток и отсутствуют у людей.
https://www.sciencenews.org/article/snail-human-eye-regeneration