Výskumníci navrhli ultra-tenkú, flexibilnú a minimálne invazívnu nervovú sondu, ktorá dokáže nielen zaznamenávať nervovú aktivitu, ale aj pomocou svetla stimulovať špecifické skupiny neurónov.
Táto sonda, opísaná v novej štúdii v Nature Communications, má približne jednu{0}}pätinu šírky ľudského vlasu a je vhodná- na štúdium malých, pohyblivých oblastí nervového systému, ako je miecha alebo periférne nervy (nervy mimo mozgu a miechy, ktoré prenášajú informácie medzi mozgom a zvyškom tela).
Tu potrebujete veľmi malú, flexibilnú sondu, ktorú možno implantovať medzi stavce, aby vytvorila spojenie s neurónmi a ktorá sa môže ohýbať pri pohybe miechy,“ povedal spolu{0}}vedúci autor Axel Nimmerjahn, docent z Waitt Advanced Biophotonics Center v Salkovom inštitúte pre biologické štúdie v Spojených štátoch.
Neurónové sondy môžu byť implantované aj na dlhší čas, pretože sú viac kompatibilné s biologickými tkanivami a je menej pravdepodobné, že spustia imunitnú odpoveď.
Donald Sirkis, profesor nanoinžinierstva na Jacobs School of Engineering a spolu-vedúci autor štúdie, povedal: "Pre chronické nervové rozhrania potrebujete tajnú sondu - niečo, o čom telo ani nevie, že tam je, ale stále môže komunikovať s neurónmi." Na Kalifornskej univerzite v San Diegu.
To, čo odlišuje túto sondu od iných existujúcich ultra-tenkých, flexibilných sond, je to, že pozostáva z elektrického kanála a optického kanála, čo jej umožňuje zaznamenávať elektrickú aktivitu neurónov a využívať svetlo na stimuláciu špecifických skupín neurónov.
Mať tento duálny režim - elektrického záznamu a optickej stimulácie - na tak malom pôdoryse je jedinečná kombinácia,“ vysvetlil Sirbuly.
Nová neurónová sonda je šikovným inžinierskym počinom.
Elektrický kanál obsahuje ultratenkú polymérnu elektródu (ktorá môže viesť elektrinu), zatiaľ čo optický kanál obsahuje ultratenké optické vlákno, ktoré prenáša svetlo. Vloženie týchto dvoch do tej istej neurónovej sondy si vyžaduje veľmi šikovné inžinierstvo.
Kanály musia byť izolované, aby sa zabránilo ich vzájomnému rušeniu pri inštalácii do mikrosondy s priemerom iba 8 až 14 mikrónov. Výskumníci musia tiež zabezpečiť, aby boli sondy flexibilné, odolné, biokompatibilné a schopné fungovať rovnako ako existujúce -najmodernejšie--neurálne sondy.
Po vyrobení sa nervové sondy implantujú do mozgu živých myší až na mesiac, počas ktorého nespôsobujú takmer žiadny zápal v mozgovom tkanive.
Tieto sondy dokážu zaznamenávať elektrickú aktivitu neurónov s vysokou citlivosťou a môžu sa použiť aj na stimuláciu neurónov v kôre myši, aby pohybovali fúzmi.
V súčasnosti vieme veľmi málo o tom, ako miecha funguje, ako spracováva informácie a ako je za určitých chorobných stavov narušená alebo poškodená jej nervová aktivita,“ povedal Nimmerjahn.
Nahrávanie z takýchto dynamických a malých štruktúr bolo vždy technickou výzvou. Veríme, že naše sondy a budúce polia sond majú jedinečný potenciál pomôcť nám študovať miechu - nielen preto, aby sme jej porozumeli na základnej úrovni, ale mali aj schopnosť regulovať jej aktivitu.
Navyše, keďže je možné dosiahnuť mikrovlákna takmer akejkoľvek dĺžky, výrobný proces možno použiť na vývoj neurálnych sond, ktoré môžu zasiahnuť hlbšie oblasti mozgu. Keďže však tuhosť sondy s narastajúcou dĺžkou klesá, môže byť potrebné zmeniť dizajn -, ako je napríklad rozpustný cukrový povlak alebo tuhá polymérna vrstva -, aby sa zabránilo ohnutiu.
