Учёные научились манипулировать клетками мозга при помощи смартфона и имплантата

Технология может ускорить усилия по выявлению причин неврологических и психологических расстройств.

Группа ученых из Кореи и Соединенных Штатов изобрела устройство, которое может управлять нервными цепями, используя крошечный мозговой имплантат, управляемый смартфоном, сообщает Neuroscience News.

Исследователи, опубликовавшие в Nature Biomedical Engineering, считают, что устройство может ускорить усилия по выявлению заболеваний головного мозга, таких как болезнь Паркинсона, Альцгеймера, зависимость, депрессия и боль.

Устройство, использующее сменные картриджи с лекарствами типа Lego и мощный Bluetooth с низким энергопотреблением, может воздействовать на определенные интересующие нейроны в течение длительных периодов времени.

«Беспроводное нейронное устройство обеспечивает хроническую химическую и оптическую нейромодуляцию, которой никогда не было раньше», - говорит ведущий автор Раза Кази, исследователь из Корейского передового института науки и технологии (KAIST) и Университета Колорадо в Боулдере.

Эта технология значительно затмевает традиционные методы, используемые нейробиологами, которые обычно используют жесткие металлические трубки и оптические волокна для доставки лекарств и света. Помимо ограничения движений субъекта из-за физических связей с громоздким оборудованием, их относительно жесткая структура со временем вызывает повреждение мягких тканей мозга, что делает их непригодными для длительной имплантации.

Несмотря на то, что были предприняты некоторые усилия для частичного смягчения неблагоприятного ответа ткани путем включения мягких зондов и беспроводных платформ, предыдущие решения были ограничены их неспособностью доставлять лекарства в течение длительных периодов времени, а также их громоздкими и сложными настройками контроля.

Чтобы добиться хронической беспроводной доставки лекарств, ученым пришлось решить важнейшую проблему истощения и испарения лекарств. Исследователи из Корейского передового института науки и технологии и Вашингтонского университета в Сиэтле совместно изобрели нейронное устройство со сменным картриджем с лекарством, которое могло бы позволить нейробиологам изучать одни и те же мозговые цепи в течение нескольких месяцев, не беспокоясь о том, что лекарства закончатся.

Эти картриджи с лекарством «plug-n-play» были собраны в мозговой имплантат для мышей с мягким и ультратонким зондом (толщина человеческого волоса), который состоял из микрофлюидных каналов и крошечных светодиодов (меньше, чем крупинка соли), для неограниченные дозы лекарств и легкая доставка.

Управляемый с помощью элегантного и простого пользовательского интерфейса на смартфоне, нейробиологи могут легко инициировать любую конкретную комбинацию или точную последовательность доставки света и лекарств у любого имплантированного животного-мишени без необходимости физического присутствия в лаборатории.

Используя эти беспроводные нейронные устройства, исследователи также могут легко настроить полностью автоматизированные исследования на животных, где поведение одного животного может положительно или отрицательно влиять на поведение других животных путем условного включения света и / или доставки лекарств.

«Это революционное устройство является плодом передового электронного дизайна и мощной микро- и наноразмерной инженерии», - говорит профессор электротехники в KAIST Чже-Вун Чжон. «Мы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии, чтобы сделать мозговой имплантат для клинических применений».

Майкл Брухас, профессор анестезиологии, медицины боли и фармакологии в Медицинском университете штата Вашингтон, сказал, что эта технология поможет исследователям во многих отношениях.

«Это позволяет нам лучше анализировать основы поведения нервной системы и то, как специфические нейромодуляторы в мозге по-разному настраивают поведение», - сказал он. «Мы также стремимся использовать это устройство для комплексных фармакологических исследований, которые могут помочь нам разработать новые терапевтические средства для лечения боли, зависимости и эмоциональных расстройств».

Исследователи из группы Jeong в KAIST разрабатывают мягкую электронику для носимых и имплантируемых устройств, а нейробиологи из лаборатории Bruchas в Вашингтонском университете изучают схемы мозга, которые контролируют стресс, депрессию, зависимость, боль и другие психоневрологические расстройства.

Трехлетние совместные усилия инженеров и нейробиологов привели к успешной проверке этого мощного мозгового имплантата у свободно движущихся мышей, которые, как полагают исследователи, действительно могут ускорить обнаружение заболеваний мозга.