Scriitor de știință

Când vine vorba de a-ți lipi ceva în creier, mai mic este de obicei mai bine.

cerebrale

Cercetătorul Virginia Tech Xiaoting Jia și echipa ei au găsit o nouă modalitate de a reduce dimensiunea și de a crește conductivitatea implanturilor cerebrale profunde - deblocând potențialele noi metode de tratament pentru boli neurologice precum boala Parkinson. Jia dezvoltă un dispozitiv neuronal miniatural care nu numai că ar înregistra semnalele de la creier, ci și ar stimula activitatea neuronală.

După cum este descris într-un studiu publicat în ACS Nano al Societății Chimice Americane, Jia, profesor asistent în cadrul Departamentului de Inginerie Electrică și Calculatoare Bradley, colaborează cu cercetători de la Școala de Neuroștiințe din Virginia Tech și Institutul de Tehnologie din Massachusetts pentru a încorpora nanomaterialul - în special nanofibre de carbon - în implanturi cerebrale profunde.

Prin utilizarea acestui material, echipa lui Jia a reușit să crească conductivitatea electrică a implantelor neuronale, reducând în același timp dimensiunea acestora.

Jia compară reducerea cu „micșorarea unui dispozitiv de dimensiunea creionului până la lățimea unui păr uman”.

În cadrul studiului, intitulat „Compozit polimeric cu nanofibre de carbon aliniate în timpul desenării termice ca microelectrod pentru interfețele neuronale cronice”, Jia și co-autorii ei descriu modul în care au creat senzori mici de electrod de înregistrare din compozite din nanofibre de carbon și le-au integrat în sondele neuronale, care au aproximativ dimensiunea unui singur neuron.

Pe măsură ce tehnologia a evoluat, senzorii microelectrodilor au oferit cercetătorilor un canal direct pentru înregistrarea și afectarea activității creierului. Stimularea profundă a creierului, de exemplu, a fost utilizată pentru a trata multe simptome neurologice invalidante - inclusiv tulburări obsesiv-compulsive și boala Parkinson.

Dar în forma lor actuală, senzorii de microelectrozi care pot fi implantați în creier sunt voluminoși și rigizi, din metal sau siliciu. Țesutul moale și fragil al creierului este ușor deteriorat de aceste dispozitive neclintite, care pot fi improprii implantului pe termen lung.

Jia și colegii ei lucrează la următoarea generație de senzori de microelectrode neuronale - ceea ce, pentru Jia, înseamnă robust, flexibil, biocompatibil și foarte mic.

Pentru a fabrica sondele neuronale minuscule, Jia și echipa ei au început cu o versiune de dimensiune manuală a sondei - numită preformă macroscopică - care conținea noii lor electrozi pe bază de carbon, precum și alte câteva caracteristici.

După ce au încălzit cu atenție preforma, cercetătorii au întins-o dintr-un turn înalt (un turn de extragere a fibrelor), care trage preforma într-un fir lung și subțire. Au fost mulțumiți să constate că, în timpul extragerii termice, nanofibrele de carbon s-au aliniat pe lungime în interiorul firului.

"Aceasta a îmbunătățit drastic conductivitatea electrică, dar a menținut în continuare flexibilitatea și biocompatibilitatea", a spus Jia.

Sondele în sine provin din felii subțiri, transversale ale firului, care conțin versiuni de dimensiuni nano ale caracteristicilor originale.

Tehnologia dezvoltată în acest sens ar putea „face noi incursiuni în domeniul neurologiei”, a spus Jia. Si, dupa mai multe studii si testari, aplicatiile clinice ar putea beneficia de pacientii umani.

Dispozitivele sunt testate în laboratorul profesorului Harald Sontheimer de la Virginia Tech Carilion Research Institute, unde grupul a studiat stabilitatea și funcționalitatea implanturilor din hipocampii creierului șoarecilor.

Sontheimer este directorul Centrului Institutului de Cercetare Virginia Tech Carilion pentru Biologie Glială în Sănătate, Boli și Cancer și directorul executiv al Școlii de Neuroștiințe din Virginia Tech College of Science.

Împreună cu studentul absolvent Shan Jiang, studiul ACS Nano a fost co-autor de cercetători din:

  • Universitatea Tohoku (vizitat erudit Yuanyuan Guo)
  • Institutul de Tehnologie din Massachusetts (profesorul Yoel Fink și cercetătorul absolvent Benjamin Grena)
  • Virginia Tech Carilion Research Institute (profesorul Harald Sontheimer, cercetătorul postdoctoral Ian Kimbrough și studenta absolventă Emily Thompson)