Учените ще могат да манипулират мозъчните клетки с помощта на смартфон

Екип от учени в Корея и Съединените щати изобретява устройство, което може да контролира нервни вериги с помощта на малък мозъчен имплант, управляван от смартфон.

Изследователи, които публикуват в Nature Biomedical Engineering, смятат, че устройството може да ускори разкриването на мозъчни заболявания като Паркинсон, Алцхаймер, пристрастяване и депресия.

Устройството използва сменяеми касети с лекарства, подобни на Lego и мощен ниско енергиен блутут. То може да се насочи към специфични неврони, използвайки лекарства и светлина за продължителни периоди от време.

„Безжичното невронно устройство позволява постоянна химическа и оптична невромодулация, която никога не е била постигната досега“, казва водещият автор Раза Кази, изследовател от Корейския институт за наука и технологии (KAIST) и Университета на Колорадо Боулдър.


РЕКЛАМА:

***

Кази споделя, че тази технология значително засенчва стандартните методи, използвани от невролозите, които обикновено включват твърди метални тръби и оптични влакна, за да доставят лекарства и светлина. Освен че ограничават движението на субекта поради физическите връзки с обемното оборудване, тяхната сравнително твърда структура уврежда меката мозъчна тъкан с течение на времето, поради което не са подходящи за дългосрочно поставяне. Въпреки че са положени усилия за частично намаляване на нежеланите реакции на тъканите, чрез включване на меки сонди и безжични платформи, предишните решения били неподходящи поради неспособността им да доставят лекарства за дълги периоди от време, както и заради неудобни и сложни контролни настройки.

За да постигнат постоянно безжично предаване на лекарства, учените трябвало да решат проблема с изразходването и изпаряването на медикаменти. Изследователи от Института за наука и технологии в Корея и от Университета във Вашингтон в Сиатъл си сътрудничат за изобретяването на невронното устройство със сменяема касета с лекарства, което би могло да позволи на невролозите да изучават едни и същи мозъчни вериги в продължение на няколко месеца.

Тези “plug-n-play” касети с медикаменти били сглобени в мозъчен имплант за мишки с мека и изключително тънка сонда (с дебелина на човешки косъм), състояща се от микрофлуидни канали и малки светодиоди (по-малки от кристалче сол), за неограничени дози лекарства и светлина.

Управлявани с прост потребителски интерфейс на смартфон, невролозите могат лесно да задействат всяка специфична комбинация или последователно осигуряване на светлина и лекарства при имплантирани целеви животни, без да е необходимо физически да се намират вътре в лабораторията. Използвайки тези безжични невронни устройства, изследователите биха могли също така лесно да настроят напълно автоматизирани изследвания върху животни, при които поведението на едно животно може да повлияе положително или отрицателно върху поведението на други видове само чрез условно задействане на доставка на светлина и/или лекарства.

„Това революционно устройство е продукт на усъвършенствания електронен дизайн и мощното микро и наноразмерно инженерство“, заяви Джей-Уонг Йонг, професор по електротехника в KAIST. „Интересуваме се от по-нататъшно развитие на тази технология, за да направим мозъчен имплант за клинични приложения.”

“Майкъл Брухас, професор по анестезиология и фармакология в Университета във Вашингтон, казва, че тази технология ще помогне на изследователите по много начини.

„Това ни позволява да анализираме по-добре основата на поведението на нервната верига и как специфични невромодулатори в мозъка настройват поведението по различни начини“, каза той. „Ние също сме нетърпеливи да използваме устройството за сложни фармакологични изследвания, които биха могли да ни помогнат да разработим нови терапевтични средства за болка, пристрастяване и емоционални разстройства.”

Изследователите в KAIST разработват специална електроника за носими и имплантируеми устройства, а невролозите в лабораторията Bruchas във Вашингтонския университет изучават мозъчни вериги, които контролират стрес, депресия, пристрастяване, болка и други невропсихиатрични разстройства. За период от три последователни години тази глобална съвместна работа между инженери и невролози довежда до успешното потвърждаване на този мощен мозъчен имплант при свободно движещи се мишки, който според изследователите наистина може да ускори разкриването на мозъчни заболявания.

Проектът бил подкрепен с безвъзмездни средства от Националната изследователска фондация на Корея, САЩ, Национален институт по здравеопазване, Национален институт по злоупотреба с наркотици и “Mallinkrodt Professorship”.

 

Превод: Дарина Миланова

Източник: Science Daily


Европейска нощ на учените 2022 г.: