Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Института биологических исследований Солка разработали крошечный гибкий нейронный зонд (около одной пятой толщины человеческого волоса), который можно использовать для исследования отдельных динамичных областей нервной системы. Об этом сообщает интернет-издание Interesting Engineering (IE). Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
«Для исследований нейронного взаимодействия в режиме реального времени требуется настолько незаметный зонд, чтобы обследуемый организм не смог его обнаружить, продолжая получать отклики от своих нейронов в обычном режиме», – отметил Дональд Сирбули, профессор наноинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс и соавтор нового исследования.
Второй соавтор, доцент Института Солка Аксель Ниммерьян, дополнил: «В такой задаче понадобится очень маленький и гибкий зонд, который сможет без проблем проникать между позвонками для взаимодействия с нейронами и при необходимости способен изгибаться при движении – в том числе при соответствующих деформациях позвоночника и спинного мозга».
Новый зонд идеально подходит для длительного использования, поскольку он более совместим с биологическими тканями и, следовательно, менее склонен к запуску иммунной ответной реакции организма. Исследователи экспериментировали с имплантацией зондов в мозг живых мышей на срок до одного месяца и обнаружили, что устройства почти не вызывают воспаления в ткани мозга даже после длительного присутствия.
Это не первый сверхтонкий гибкий зонд из когда-либо созданных. Но он уникален тем, что может успешно регистрировать электрическую активность нейронов с весьма высокой чувствительностью и стимулировать отдельные группы нейронов с помощью воздействия направленного оптического излучения, чтобы вызывать определенные физические реакции. Чтобы проиллюстрировать последний факт, исследователи использовали оптические каналы зондов с целью заставить мышей шевелить усами.
Согласно отчету исследователей, опубликованному в Nature Communications, конструкция коаксиального микрозонда с минимально инвазивным следом (диаметр 8-14 мкм на длине в миллиметр) обеспечивает эффективное электрическое и оптическое исследование нейронных сетей. В частности, в головном мозге подопытных мышей зонды позволяли проводить надежные электрические измерения и оптогенетическую стимуляцию.
Первоначальные эксперименты с мышами были проведены в качестве доказательства общей концепции. Теперь исследователи надеются провести будущие исследования в человеческом спинном мозге, для которого изначально изобретался новый зонд. Новые зонды могут иметь множество применений в медицине, особенно при лечении травм спинного мозга.
«В настоящее время мы относительно мало знаем о том, как работает спинной мозг, как он обрабатывает информацию и как его нервная активность может быть нарушена или нарушена при определенных заболеваниях. Наши зонды и будущие массивы подобных устройств обладают уникальным потенциалом, чтобы помочь лучшему изучению спинного мозга. Причем не только исследовать его на фундаментальном уровне, но и иметь возможность заданным образом модулировать его активность», – сказал Ниммерьян.
По мнению авторов исследования, стратегии масштабируемого производства новых зондов могут использоваться с различными электрическими и оптическими материалами, что делает датчики легко адаптируемыми к экспериментальным требованиям, включая длину, диаметр и механические свойства. Учитывая их незначительную воспалительную реакцию, эти зонды обещают создать новое поколение легко настраиваемых мультимодальных устройств для долгосрочного минимально инвазивного взаимодействия с нейронными цепями.