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Synthetic Neurons and Artificial Photoactivated Synapses

Descrizione del progetto

Neuroni artificiali

I neuroni comunicano tra loro attraverso strutture note come sinapsi, dove i segnali elettrici e chimici vengono trasmessi in modo regolato. Una migliore comprensione dei processi di comunicazione coinvolti può portare a dispositivi avanzati di computazione chimica. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto SYNAPS mira a sviluppare sinapsi artificiali a imitazione dei neuroni naturali. L’idea è di utilizzare i liposomi come cellule artificiali e la luce come stimolo esterno per sintetizzare e trasmettere composti messaggeri. I ricercatori imiteranno le sinapsi collocando queste cellule artificiali in specifiche strutture biomolecolari che facilitano la comunicazione. Si prevede che il sistema SYNAPS troverà applicazioni nel campo dell’energia, del rilevamento chimico e della somministrazione intelligente di farmaci.

Obiettivo

The brain is a complex network of inter-connected neurons that communicate through synapses. SYNAPS aims to for the first time mimic such synapses using liposomes as artificial cells, and visible light to trigger a signal from a ‘sender’- to a ‘receiver’-liposome. Mimicking such communication processes will help with understanding how complex natural emergent properties arise, and could ultimately allow for the construction of a chemical computer. SYNAPS will excel beyond the state-of-the-art by maintaining chemical isolation between liposome interiors, ensuring local, time-bound communication between connected liposomes, and using light as an external stimulus and fuel. These concepts are essential to construct artificial tissues that can communicate on an individual liposome-to-liposome basis, in contrast to the state-of-the-art where communication generally occurs with the bulk solution. To achieve this, a messenger compound will be locally photosynthesised through transmembrane electron transfer by porphyrin dimers that portray a charge-transfer excited state. The liposomes will be organised into a synaptic cleft through the use of synthetic complementary clustering compounds that provide stable adhesion between sender and receiver liposomes. The messenger compound will be recognised by reversible and selective membrane-spanning receptors in the receiver liposome, that will output the signal through fluorescence. In addition, a reaction cascade network will be constructed involving the messenger to produce an artificial action potential, that is, a transient peak in the concentration of the messenger, ensuring a time-bound dissipative signal. Altogether, SYNAPS will provide advances in systems chemistry by providing a nanoscale platform for communication between chemically isolated systems, but also results that are useful for applications such as light-to-chemical energy conversion, chemical sensing and smart drug-delivery.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITAT DE BARCELONA
Contributo netto dell'UE
€ 1 688 047,00
Indirizzo
GRAN VIA DE LES CORTS CATALANES 585
08007 Barcelona
Spagna
Regione
Este Cataluña Barcelona
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 688 047,00

Beneficiari (1)