Група вчених з Каліфорнійського університету в Санта-Круз (UCSC) розробила перспективний біоелектронний пристрій. За допомогою електроніки і завдяки зворотному зв'язку на основі машинного навчання вчені змогли задати і годинами утримувати певну мембранну напругу в стовбурових клітинах людини. Цей винахід дозволить керувати ростом і спеціалізацією стовбурових клітин, що веде до прогресу в регенеративній медицині.
Жива клітина людини - це стійка саморегулююча система, а інакше і не може бути. Причому вона сама собі на думці, навіть якщо хвора. Тому змінити гомеостаз клітини представляється складним завданням, яке вчені все-таки змогли вирішити. Зробити це допомогла контрольована алгоритмами машинного навчання електроніка, яка підтримувала заданий вченими баланс іонів в безпосередній близькості від культивованих стовбурових клітин людини.
Пояснимо, мембранна напруга формується як різність потенціалів між внутрішнім середовищем живої клітини і її ближнім оточенням. Цю різницю потенціалів - досить строго визначену для різних типів клітин - підтримують білки в складі клітинної мембрани. Для цього білки створюють в мембрані іонні канали, що веде до відновлення балансу (напруги) при порушенні концентрації іонів всередині або зовні клітини. Спроба змінити концентрацію іонів (і мембранна напруга) викликає зворотну реакцію клітини і зводиться нанівець. У всякому разі, тривало утримувати точну напругу клітинної мембрани простим способом не вийде.
Вчені вирішили завдання наступним чином. Вони створили навколо колонії стовбурових клітин систему протонних насосів, за допомогою яких додавали або видаляли іони водню з розчину в безпосередній близькості від культивованих стовбурових клітин. Ця система управлялася самонавчальним алгоритмом ML. Причому система не проходила попереднього навчання на моделях, а вчилася на ходу в міру спостереження за поведінкою клітин і оцінки концентрації розчину. За мембранною напругою система стежила візуально, для чого вчені так модифікували білок мембрани, щоб він флюоресціював залежно від величини мембранної напруги. Тим самим алгоритм отримав систему зворотного зв'язку і міг оцінювати свій вплив на потенціал мембрани.
Під час поставленого експерименту вчені змогли цілих десять годин підтримувати заданий рівень мембранної напруги у живих клітин. Для роботи зі стовбуровими клітинами - це ключове досягнення, хоча в поставленому досвіді дослідники не прагнули домогтися диференціювання клітин. Але вони показали, що процесом вибору спеціалізації стовбурових клітин можна керувати. Проект, до речі, фінансують військові США. Однак керована регенерація тканин - це те, що буде корисно кожній людині на Землі.
