Волокно толщиной не более волоса способно передавать сигналы в мозг и от него
Сенжун Парк демонстрирует образец нового волокна. Фото: Young Gyu YoonУченые создали гибкое волокно толщиной не более волоса, которое впервые смогло передать комбинацию из оптических, химических и электрических сигналов в мозг и обратно. После некоторой модификации, направленной на улучшение биосовместимости волокна, с его помощью можно будет значительно больше узнать о функциях разных регионов мозга и взаимосвязях между этими регионами. Разработкой волокна занималась группа специалистов, в которой в том числе присутствовали материаловеды, химики и биологи.
Изделие сделано так, чтобы повторять мягкость и эластичность мозговой ткани. Благодаря этому созданные из таких волокон имплантаты, в отличие от металлических волокон, могут дольше оставаться в организме и за это время соберут намного больше информации. Ученые провели эксперимент на лабораторных мышах – запустили в их организм вирусные векторы, содержащие гены под названием опсины, которые делали нейроны светочувствительными. Через некоторое время, которое было необходимо для работы генов, исследователи через оптический волновод воздействовали на нейроны светом и пронаблюдали за их активностью, используя шесть электродов, чтобы выявить специфические реакции. Все это было сделано с помощью единственного волокна диаметром всего в 200 мкм, что сравнимо с толщиной человеческого волоса.
Ранее для этого требовалось применить несколько разнообразных устройств – иглы для ввода вирусных векторов, оптоволокно для «доставки» света и электроды для записи, и все эти инструменты необходимо было объединить в одну работающую систему. Одна из авторов исследования, инженер-материаловед Полина Аникеева, пояснила, что разработка позволяет ввести вирусный вектор непосредственно в клетку, спровоцировать ее ответ и затем записать ее активность, а поскольку волокно очень тонкое и не отторгается организмом – это можно делать в течение длительного времени.
Само волокно состоит из композитного материала – множества слоев токопроводящего полиэтилена и чешуек графита. Каждый такой слой подвергся давлению. Еще один из авторов работы, Бенджамин Грена (Benjamin Grena), сравнил материал волокна с тем, как делается торт «Наполеон». Такая техника позволила увеличить электропроводность материала в 4-5 раз и соответствующим образом уменьшить электроды. Участник научной группы Сенжун Парк (Seongjun Park) рассказал, что следующая цель его и его коллег – сделать волокно еще тоньше, чтобы максимально приблизить его параметры к характеристикам нервной ткани.
Один из вопросов, которые удалось решить с помощью нового волокна – это то, как долго нейроны остаются светочувствительными после инъекции опсинов. Оказалось, что клетки все еще реагировали на свет даже спустя 11 дней. Ранее такой подсчет был невозможен, и ученые руководствовались грубыми приближениями.
For the first time ever, a single flexible fiber no bigger than a human hair has successfully delivered a combination of optical, electrical, and chemical signals back and forth into the brain, putting into practice an idea first proposed two years ago. With some tweaking to further improve its biocompatibility, the new approach could provide a dramatically improved way to learn about the functions and interconnections of different brain regions.
Ученые создали гибкое волокно толщиной не более волоса, которое впервые смогло передать комбинацию из оптических, химических и электрических сигналов в мозг и обратно. После некоторой модификации, направленной на улучшение биосовместимости волокна, с его помощью можно будет значительно больше узнать о функциях разных регионов мозга и взаимосвязях между этими регионами. Разработкой волокна занималась группа специалистов, в которой в том числе присутствовали материаловеды, химики и биологи.
Изделие сделано так, чтобы повторять мягкость и эластичность мозговой ткани. Благодаря этому созданные из таких волокон имплантаты, в отличие от металлических волокон, могут дольше оставаться в организме и за это время соберут намного больше информации. Ученые провели эксперимент на лабораторных мышах – запустили в их организм вирусные векторы, содержащие гены под названием опсины, которые делали нейроны светочувствительными. Через некоторое время, которое было необходимо для работы генов, исследователи через оптический волновод воздействовали на нейроны светом и пронаблюдали за их активностью, используя шесть электродов, чтобы выявить специфические реакции. Все это было сделано с помощью единственного волокна диаметром всего в 200 мкм, что сравнимо с толщиной человеческого волоса.
Ранее для этого требовалось применить несколько разнообразных устройств – иглы для ввода вирусных векторов, оптоволокно для «доставки» света и электроды для записи, и все эти инструменты необходимо было объединить в одну работающую систему. Одна из авторов исследования, инженер-материаловед Полина Аникеева, пояснила, что разработка позволяет ввести вирусный вектор непосредственно в клетку, спровоцировать ее ответ и затем записать ее активность, а поскольку волокно очень тонкое и не отторгается организмом – это можно делать в течение длительного времени.
Само волокно состоит из композитного материала – множества слоев токопроводящего полиэтилена и чешуек графита. Каждый такой слой подвергся давлению. Еще один из авторов работы, Бенджамин Грена (Benjamin Grena), сравнил материал волокна с тем, как делается торт «Наполеон». Такая техника позволила увеличить электропроводность материала в 4-5 раз и соответствующим образом уменьшить электроды. Участник научной группы Сенжун Парк (Seongjun Park) рассказал, что следующая цель его и его коллег – сделать волокно еще тоньше, чтобы максимально приблизить его параметры к характеристикам нервной ткани.
Один из вопросов, которые удалось решить с помощью нового волокна – это то, как долго нейроны остаются светочувствительными после инъекции опсинов. Оказалось, что клетки все еще реагировали на свет даже спустя 11 дней. Ранее такой подсчет был невозможен, и ученые руководствовались грубыми приближениями.
For the first time ever, a single flexible fiber no bigger than a human hair has successfully delivered a combination of optical, electrical, and chemical signals back and forth into the brain, putting into practice an idea first proposed two years ago. With some tweaking to further improve its biocompatibility, the new approach could provide a dramatically improved way to learn about the functions and interconnections of different brain regions.
