Geen chips, maar levende cellen: biocomputing in Milaan

Terwijl Singapore het eerste datacenterrack ter wereld met levende neuronen onthulde, behoren ook Reply en de Universiteit van Milaan tot de pioniers die de mogelijkheden van biologisch computergebruik onderzoeken. Het idee daarachter is radicaal anders dan bij traditionele computers: de computer van de toekomst zou kunnen bestaan uit levende cellen.

Biological computing is een vorm van computing waarbij levende biologische cellen, zoals menselijke neuronen, worden gebruikt om informatie te verwerken. In plaats van alleen transistors en chips gebruikt een biologisch computersysteem neuronen die elektrische signalen ontvangen, verwerken en doorgeven. De cellen kunnen bovendien leren en zich aanpassen, waardoor ze bepaalde taken anders en mogelijk veel energiezuiniger kunnen uitvoeren dan traditionele computers.

Sinds begin 2026 werken AI-specialist Enrico Bersano Begey van Reply en wetenschappers, onder wie dr. Linda Ottoboni, nauw samen om deze technologie te verkennen. Ottoboni is onderzoeker bij de afdeling Pathofysiologie en Transplantatie van de Universiteit van Milaan en is verbonden aan het Fondazione IRCCS Ca’ Granda Policlinico-ziekenhuis en de Associazione Centro Dino Ferrari. Het onderzoek maakt gebruik van het CL1-systeem van het Australische Cortical Labs, een van de eerste commercieel beschikbare systemen in zijn soort.

Twee sporen: van Pong tot medicijnontwikkeling

Het onderzoek ontvouwt zich langs twee hoofdlijnen. Aan de ene kant is er de computationele tak. Hier proberen Begey en zijn collega's de beroemde DishBrain-experimenten te reproduceren, waarbij neuronen in een petrischaaltje worden getraind om het klassieke videospel Pong te spelen. De ultieme ambitie? Het vinden van een 'natuurlijke' vorm van intelligentie die processen kan automatiseren als alternatief voor de huidige, energieverslindende AI.

"Het belangrijkste voordeel dat we voor ogen hebben, is efficiëntie", legt Begey uit. "Terwijl een traditionele AI-opstelling met GPU's honderden watts verbruikt, heeft een organoïde, een driedimensionale weefselkweek, misschien maar enkele microwatts nodig."

Aan de andere kant richt het onderzoek van Linda Ottoboni zich op de translationele geneeskunde. Zij bestudeert neurodegeneratieve en neuromusculaire aandoeningen, zoals spinale spieratrofie (SMA) bij kinderen. Door de elektrische activiteit van gekweekte neuronen te stimuleren en te meten, hoopt ze te begrijpen hoe ziekte de leer- en reactiesnelheid van cellen beïnvloedt.

"Als we kunnen aantonen dat neuronen met een bepaalde aandoening trager of anders leren dan gezonde neuronen, levert dat cruciale functionele informatie op die we momenteel niet uit patiënten kunnen halen," aldus Ottoboni. Dat kan nieuwe farmacologische toepassingen mogelijk maken, bijvoorbeeld door kandidaat-geneesmiddelen rechtstreeks op menselijke neurale netwerken te testen en patiënten beter in te delen voor klinische onderzoeken.

De obstakels: resolutie, reproduceerbaarheid en levensduur

Op weg naar een volwaardige 'biologische computer' komen de onderzoekers nog technologische en biologische obstakels tegen. Begey benadrukt dat een organoïde geen miniatuurbrein is: "Het mist de complexe, regionaal georganiseerde architectuur van onze eigen hersenen."

Bovendien schiet de huidige meetapparatuur tekort. De Microelectrode Arrays (MEA's) die de onderzoekers gebruiken om de cellen te stimuleren en hun activiteit te meten, hebben nog een beperkte ruimtelijke resolutie. Tegelijkertijd ontwikkelt meetapparatuur met een hogere dichtheid zich snel. De beperkte resolutie en de eenvoudige architectuur van organoïden zijn belangrijke redenen waarom het systeem momenteel nog niet erg nauwkeurig is. Naar verwachting zal de nauwkeurigheid verbeteren naarmate de hardware zich verder ontwikkelt.

Ottoboni voegt daar nog twee cruciale uitdagingen aan toe. "Ten eerste is er de reproduceerbaarheid. We kunnen 96 organoïden kweken onder exact dezelfde omstandigheden, maar ze zullen altijd licht van elkaar verschillen. Ten tweede worstelen we met de interpretatie van de data. We registreren enorme hoeveelheden elektrische 'spikes', maar we hebben nog geen waterdichte methode om die signalen te decoderen. Wat proberen die neuronen ons precies te vertellen?"

En dan is er nog de praktische realiteit: organoïden leven niet eeuwig, al kunnen onderzoekers ze momenteel tot enkele jaren in leven houden. Wanneer ze afsterven, verdwijnt ook alle kennis en 'training' die ze hebben opgebouwd. Dat maakt de technologie voorlopig duur en logistiek uitdagend.

De blik vooruit

De onderzoekers zijn optimistisch, maar een biologische supercomputer is nog ver weg. "Een biologische computer die wiskundige berekeningen voor ons uitvoert, is nog een decennium van ons verwijderd", vertelt Ottoboni.

De focus ligt nu op het ontwikkelen van geavanceerde assembloids. Daarbij worden verschillende hersenstructuren samengevoegd om te onderzoeken of elektrische stimulatie de communicatie tussen die structuren kan verbeteren. Juist op dit gebied verwachten de onderzoekers op korte termijn de meest concrete toepassingen.

"Het ontwikkelen van testopstellingen die ons inzichten geven die we nu nog niet hebben, dát is de echte waarde op korte termijn," concludeert Ottoboni. "Dat is iets wat we hopelijk binnen vier tot vijf jaar kunnen realiseren."