Новый мини-нейронный зонд для долгосрочного минимально инвазивного взаимодействия с нейронными цепями

Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Института биологических исследований Солка разработали небольшой нейронный зонд, который можно имплантировать на более длительные периоды времени для регистрации и стимуляции нейронной активности, сводя к минимуму повреждение окружающих тканей.

Новый нейронный зонд, подробно описанный в статье, опубликованной 7 июня. Связь с природой, чрезвычайно тонкий — около одной пятой ширины человеческого волоса -; и гибкий. Команда говорит, что этот тип нейронного зонда идеально подходит для изучения небольших динамических областей нервной системы, таких как периферические нервы или спинной мозг.

Здесь вам понадобится очень маленький гибкий зонд, который можно поместить между позвонками для взаимодействия с нейронами и который может изгибаться при движении спинного мозга».

Аксель Намиржан, доцент Института Солка и соавтор исследования

Эти особенности также делают его более совместимым с биологическими тканями и с меньшей вероятностью стимулируют иммунный ответ, что, в свою очередь, делает его пригодным для длительного использования.

сказал соавтор исследования Дональд Серполи, профессор наноинженерии в Школе инженерии Джейкобса в Сан-Диего Калифорнийского университета.

Хотя есть и другие очень тонкие и гибкие датчики, этот крошечный зонд отличается тем, что он может регистрировать электрическую активность нейронов и стимулировать определенные группы нейронов с помощью света.

«Использование этого двойного метода — электрической записи и оптической стимуляции — в таком маленьком пространстве — уникальное сочетание», — сказал Серболи.

Зонд состоит из электрического канала и оптического канала. Электропровод содержит очень тонкий полимерный электрод. Оптический канал также содержит очень тонкие оптические волокна. Соединение этих двух каналов вместе требует некоторых умных инженерных решений. Исследователям нужно было выяснить, как изолировать каналы, чтобы они не мешали друг другу, и сделать так, чтобы они поместились в небольшой зонд диаметром всего от 8 до 14 микрометров, чтобы устройство было механически гибким и прочным, биосовместимым и способным работать. наравне с последними нейрозондами. Это включало в себя поиск правильной комбинации материалов для создания зонда и оптимизацию изготовления электрического кабелепровода.

Команда имплантировала зонды в мозг живых мышей на срок до одного месяца. Зонды не вызывали воспаления в тканях головного мозга после длительной имплантации. Когда мыши перемещались в контролируемой среде, зонды могли регистрировать электрическую активность высокочувствительных нейронов. Датчики также использовались для нацеливания на определенные типы нейронов для получения определенных физических реакций. Используя оптические каналы зонда, исследователи стимулировали нейроны в коре головного мозга мышей, чтобы те двигали усами.

Эти тесты были проведены в тканях головного мозга в качестве доказательства концепции. Команда надеется провести в будущем исследования спинного мозга с помощью своего зонда.

«В настоящее время мы относительно мало знаем о том, как функционирует спинной мозг, как он обрабатывает информацию и как его нервная активность может быть нарушена или нарушена при определенных болезненных состояниях», — сказал Намирджан. «Запись этой динамичной и небольшой структуры была технической проблемой, и мы считаем, что наши зонды и будущие массивы зондов обладают уникальным потенциалом, помогающим нам изучать спинной мозг — не только понимать его на фундаментальном уровне, но и иметь потенциал для изучения. модулировать его активность».

Калифорнийский университет в Сан-Диего и Институт Солка подали патентную заявку на технологию нейронных зондов, продемонстрированную в этой работе.