Исслeдoвaтeли из Мaссaчусeтскoгo тexнoлoгичeскoгo институтa рaзрaбoтaли тoнкoe элaстичнoe вoлoкнo диaмeтрoм с чeлoвeчeский вoлoс, пoзвoляющee пригонять оптические, электрические и химические сигналы в мозг. Волокно, таким образом, представляет собой строй «три в одном», совмещающее в себе функции сразу всех основных устройств, использующихся в оптогенетике. Статья опубликована в журнале Nature Neuroscience.

Оптогенетика размашисто применяется в научных исследованиях для активации отдельных нейронов под действием видимого света. Про этого в геном нейронов встраивают гены светочувствительного белка каналродопсина, который п встраивается во внешнюю мембрану нейронов и при облучении светом определенной длины волны активируются, возбуждая неврон. В настоящее время для выполнения всей этой схемы требуется как по крайней мере три отдельных устройства: игла для внесения вирусных векторов с генами каналродопсина, оптическое волокно угоду кому) воздействия на трансформированные нейроны светом и электрод для регистрации возбуждения нейронов.

Зубчатая извилина гиппокампа экспериментальной мыши; нейроны, несущие канальный родопсин, флуоресцируют зеленым. Dheeraj Roy

Авторы новой статьи решили подготовить устройство, сочетающее в себе функции всех этих трех систем. Созданные ими волокна диаметром не столь 200 микрон и массой менее 0,5 грамма состоят из трех частей, каждая из которых передает (и принимает) сигналы разной природы. Зрительный канал передает световые сигналы, шесть электродов передают электрические сигналы, а два микрофлюидных канала передают химические сигналы (примерно сказать, вирусные векторы для доставки генов).

(a) Принципиальная схема работы волокна. (b) Волокно с оптическим наконечником, электрическим соединителем и инъекционной трубкой. Сетка 10 мм. (d) Схема испытаний волокна. Park et al. 2017

В испытаниях волокна авторы продемонстрировали все три модуса его работы. Имплантировав волокно в головной вторая вселенная мышей, сначала они доставили к нейронам вирусные векторы, несущие гены каналродопсина, по одному из двух жидкостных каналов. После успешного встраивания генов белочка в геном нейронов исследователи послали импульс света по оптическому каналу волокна. Сие стимулировало активность нейронов, которая была зарегистрирована шестью электродами.

По мягкости и эластичности имитируют драп головного мозга и при этом обладают высокой проводимостью. Такие свойства были достигнуты за счет использования полиэтилена с вкрапленными в него графеновыми «хлопьями». Волокна получали посредством метода многократного наслоения: слой полиэтилена посыпали графеновыми «хлопьями», затем спрессовывали, поэтому добавляли следующий слой, и так далее.

Благодаря мягкости и эластичности волокно можно резервировать в ткани мозга на более продолжительное время по сравнению с обычными жесткими оптическими волокнами. Волокно, таким образом, разрешается использовать фактически как долговременный мозговой имплантат. В дальнейшем исследователи планируют ограничить. Ant. увеличить ширину волокна и сделать материал еще более мягким и совместимым с тканью мозга.

Дотоле исследователи из США и Китая разработали и успешно испытали на людях мозговой имплантат, позволяющий фиксировать активность отдельных нейронов и не повреждающий ткань головного мозга. А японские ученые разработали наноиглы, регистрирующие активность индивидуальныз нейронов при введении просто внутрь клетки. Также недавно успешные испытания на крысах прошла «нейропыль» — микроскопические, питающиеся ультразвуком беспроводные датчики, способные вносить активность нервов и мышц.

Автор: Софья Долотовская