Οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα ασύρματο εμφύτευμα χωρίς μπαταρίες ικανό να παρακολουθεί τα σήματα ντοπαμίνης στον εγκέφαλο σε πραγματικό χρόνο σε μοντέλα μικρών ζώων, γεγονός που κρίνεται ως σημαντική πρόοδος η οποία θα μπορούσε να βοηθήσει στην κατανόηση του ρόλου που παίζουν τα νευροχημικά στις νευρολογικές διαταραχές.
Η συσκευή, η οποία περιγράφεται λεπτομερώς σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο ACS Nano, ενεργοποιεί ή αναστέλλει συγκεκριμένους νευρώνες στον εγκέφαλο χρησιμοποιώντας φως, μια τεχνική γνωστή ως οπτογενετική διέγερση. Καταγράφει επίσης τη δραστηριότητα της ντοπαμίνης σε άτομα που συμπεριφέρονται ελεύθερα χωρίς την ανάγκη ογκώδους ή απαγορευτικού εξοπλισμού ανίχνευσης, δήλωσε ο John Rogers, Ph.D., ο Louis Simpson and Kimberly Querrey, καθηγητής Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών, Βιοϊατρικής Μηχανικής και Νευρολογικής Χειρουργικής και συνεργάτης. -συγγραφέας της μελέτης.
“Αυτή η συσκευή επιτρέπει στους νευροεπιστήμονες να παρακολουθούν και να ρυθμίζουν την εγκεφαλική δραστηριότητα σε πραγματικό χρόνο και με προγραμματιζόμενο τρόπο, σε ποντίκια – μια πολύ σημαντική κατηγορία ζωικού μοντέλου για μελέτες νευροεπιστήμης”, είπε ο Rogers. “Το μικροσκοπικό μέγεθος της συσκευής, η εξαιρετικά ελαφριά κατασκευή και ο ασύρματος τρόπος λειτουργίας της χωρίς μπαταρίες επιτρέπουν μελέτες συμπεριφοράς που διαφορετικά θα ήταν αδύνατες. Είμαστε σε θέση να παρακολουθήσουμε πώς λειτουργεί ο εγκέφαλος καθώς ένα ζώο κινείται και εμπλέκεται σε νατουραλιστικά περιβάλλοντα σε ανεμπόδιστα, σε απομονωμένα άτομα ή σε ομάδες που αλληλεπιδρούν κοινωνικά».
Για να δημιουργήσουν τη συσκευή, οι ερευνητές σχεδίασαν αρχικά έναν μικροσκοπικό αισθητήρα ντοπαμίνης χρησιμοποιώντας σύνθετα ηλεκτρόδια από ανθρακονήματα ώστε να προσφέρουν την υψηλότερη δυνατή ευαισθησία. Στη συνέχεια, εφάρμοσαν ασύρματα ηλεκτρονικά κυκλώματα χωρίς μπαταρίες που τροφοδοτούνται μέσω εξωτερικών κεραιών μετάδοσης και κατασκεύασαν τη συσκευή χρησιμοποιώντας μοτίβο λέιζερ και εναπόθεση λεπτού φιλμ για να δημιουργήσουν ένα μικροσκοπικό, εύκαμπτο εμφύτευμα.
Η συσκευή είναι 50 φορές ελαφρύτερη και 10 φορές μικρότερη από την πιο προηγμένη εναλλακτική, σύμφωνα με τους συγγραφείς της μελέτης. Στη μελέτη, η συσκευή ήταν σε θέση να διεγείρει περιοχές του εγκεφάλου και να καταγράψει τη δραστηριότητα της ντοπαμίνης ως απόκριση στην έκθεση σε οπιοειδή και ναλοξόνη σε μοντέλα ποντικών. Η τεχνολογία θα είναι χρήσιμη στη μελέτη του πώς τα νευροχημικά επηρεάζουν τη συμπεριφορά, τον εθισμό και την ανάπτυξη νευρολογικών παθήσεων, δήλωσε ο Philipp Gutruf, Ph.D., επίκουρος καθηγητής Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα και ανώτερος συγγραφέας της μελέτης.
«Η νευροχημική σύνθεση στον εγκέφαλο είναι μια περιοχή που, λόγω του τρέχοντος περιορισμού των ερευνητικών εργαλείων, δεν είναι τόσο κατανοητή όσο η ηλεκτρική δραστηριότητα», είπε ο Gutruf, πρώην μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο Rogers. “Ωστόσο, η νευροχημική σύνθεση υποδεικνύεται ότι είναι πολύ σημαντική για τη θεραπεία και την ανίχνευση νευροεκφυλιστικών ασθενειών όπως το Αλτσχάιμερ και το Πάρκινσον. Οι εξελίξεις που εισάγονται από την εργασία μας θα βοηθήσουν την κοινότητα των νευροεπιστημών να κατανοήσει τους θεμελιώδεις μηχανισμούς και να επικυρώσει νέους υποψήφιους θεραπείας.” Προχωρώντας προς τα εμπρός, οι συγγραφείς της μελέτης ελπίζουν να βελτιώσουν τη συσκευή και να τη διαθέσουν στο εμπόριο, είπε ο Rogers.
«Θέλουμε να επεκτείνουμε τις ικανότητες χημικής ανίχνευσης και σε άλλους νευροδιαβιβαστές εκτός από την ντοπαμίνη και να επιτρέψουμε να διασυνδέεται με πολλές περιοχές του εγκεφάλου ταυτόχρονα», δήλωσε ο Rogers, ο οποίος είναι επίσης μέλος του Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center του Northwestern University. «Επιπλέον, θα θέλαμε να είμαστε σε θέση να κάνουμε αυτή την τεχνολογία διαθέσιμη στην ευρύτερη κοινότητα των νευροεπιστημόνων με τρόπο χαμηλού κόστους για να διευκολύνουμε τις δικές τους ερευνητικές προσπάθειες».
