Мышление без мозга?
Ткани без нервной системы способны к сложной обработке информации и координации. Как к такому выводу пришли ученые? И какое это может иметь значение? Расскажу про это любопытное исследование
🔥 Еще больше интересного в моем канале продуктовые штучки
Что выяснили?
В не-нейрональных тканях (на примере эпидермальных органоидов Xenopus laevis) обнаружены сложные, неслучайные структуры передачи информации между клетками, которые ранее считались характерными только для нервной системы. С помощью анализа взаимной информации между кальциевыми сигналами отдельных клеток были построены сети функциональной связанности, показавшие наличие "узлов-хабов" (клеток с большим числом связей) и модулей (групп клеток с высокой взаимосвязанностью).
После механического повреждения ткани наблюдается резкое усиление интеграции между клетками - корреляции между их кальциевыми сигналами возрастают, что указывает на координированный ответ ткани на травму.
Внутри органоидов существуют долговременные и дальнодействующие корреляции: некоторые модули объединяют клетки, находящиеся далеко друг от друга, что говорит о наличии сложной внутренней организации передачи информации.
Структура сетей функциональной связанности изменяется после повреждения: увеличивается разнообразие модульных связей, что может отражать адаптивную перестройку ткани. Эти результаты демонстрируют, что даже в тканях без нервной системы может существовать сложная и динамически перестраивающаяся информационная архитектура, а методы анализа функциональной связанности и теории информации применимы для её изучения.
Где это применимо на практике?
1) Медицина и регенеративная биология
Разработка новых методов заживления ран. Понимание динамики кальциевых сигналов и модульной организации клеток после травмы может помочь в создании препаратов, стимулирующих координированный ответ ткани
Диагностика патологий. Анализ функциональной связанности тканей может стать основой для неинвазивных методов оценки состояния органов (например, при фиброзе или опухолевых процессах)
2) Биотехнологии и биоинженерия
Создание «умных» биоматериалов. Использование принципов самоорганизации тканей для разработки имплантов, способных адаптироваться к повреждениям за счет имитации клеточных сетей с хабами и модулями
Биосенсоры на основе тканевых моделей. Органоиды с контролируемой функциональной связанностью могут использоваться для тестирования лекарств или оценки токсичности веществ
3) Компьютерные науки и искусственный интеллект
Биовдохновленные алгоритмы. Принципы передачи информации в не-нейрональных тканях могут быть применены для создания устойчивых децентрализованных сетей, имитирующих адаптивную перестройку биологических систем
Моделирование самоорганизующихся систем. Результаты исследования предоставляют данные для построения computational-моделей, полезных в робототехнике и управлении сложными системами
4) Образование и методика преподавания
Внедрение методов анализа в учебные программы. Методики построения сетей функциональной связанности могут быть интегрированы в курсы по системной биологии или тканевой инженерии Для внедрения этих приложений потребуется апробация - например, тестирование разработанных биоматериалов на моделях in vivo или валидация диагностических алгоритмов в клинических условиях .
Как отмечается в источниках, ключевыми критериями успешного применения будут доказательность (воспроизводимость результатов) и адресность (четкое определение целевой аудитории)