Chcą manipulować komórkami mózgu za pomocą smartfonu

Urządzenie skonstruowano na wzór klocków Lego, które zawierają kasety z lekami i mikrodiody LED. Dzięki sygnałom transmitowanym za pośrednictwem Bluetooth, można przez długi czas oddziaływać na określone neurony w mózgu stymulując je za pomocą leków i światła.

- Bezprzewodowe urządzenie umożliwia długotrwałą neuromodulację chemiczną i optyczną. Uruchomiliśmy proces, którego nigdy wcześniej nie potrafiono uzyskać - powiedział główny autor naukowych badań Raza Qazi, reprezentujący Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). Prowadził on badania wspólnie ze specjalistami z uniwersytetów  Washington Health Sciences oraz Colorado Boulder.

Technologia ta znacznie przewyższa konwencjonalne metody, które zwykle wymagają sztywnych metalowych przewodów i światłowodów do dostarczania leków i światła. Dotychczas stosowane rozwiązania ograniczały ruch testowanych zwierząt (z powodu fizycznych połączeń z nieporęcznym sprzętem). Poza tym względnie sztywna struktura mechanizmu powodowała uszkodzenia delikatnej tkanki mózgowej w czasie eksperymentów, przez co nie nadawała się do długoterminowej implantacji.

Wyzwaniem było swobodne dostarczanie leków na odległość przez okres terapii, która może przecież trwać miesiącami. Naukowcom zależało zatem na opracowaniu systemu ordynowania i dostarczania leków na odległość.

Specjaliści koreańscy i amerykańscy opracowali urządzenie, którego jednym z elementów jest wymienny wkład z lekami. Pozwala on na swobodne badanie sieci neuronowych przez kilka miesięcy.

Pierwsze egzemplarze nowego aplikatora typu „plug-and-play” zostały połączone z implantami wszczepionymi do mózgu myszy za pomocą elastycznej i ultracienkiej sondy (o grubości ludzkiego włosa). Równie mikroskopijne były diody LED (nie większe niż ziarno soli). Taki kanał mikroprzepływowy umożliwia swobodne przesyłanie leków i światła.

Naukowcy, za pomocą prostego interfejsu wgranego na smartfon, mogą z łatwością uruchomić (w dowolnej kombinacji) „dostawę” światła i leków u każdego badanego gryzonia – co ważne - bez konieczności fizycznego przebywania w laboratorium.

Korzystając z tych bezprzewodowych urządzeń, badacze mogą łatwo skonfigurować w pełni zautomatyzowane badania na zwierzętach. Przewiduje się, że poprzez sterowane zachowaniem jednego z nich można będzie w określony sposób wpływać na reakcje innych zwierząt..

Rozwiązanie to jest efektem projektowania elektroniki w mikro i nanoskali - powiedział Jae-Woong Jeong, profesor elektrotechniki w KAIST. - Jesteśmy zainteresowani dalszym rozwojem tej technologii w celu wykonania implantu wszczepianego do mózgu, tak aby możliwe było wykorzystanie urządzenia  do celów klinicznych – dodał.

Michael Bruchas, profesor anestezjologii i medycyny bólu i farmakologii na University of Washington School of Medicine, powiedział, że ta technologia pozwala lepiej  zbadać podstawy zachowania obwodów komórek nerwowych i określić w jaki sposób neuromodulatory oddziałują na pracę mózgu. Chętnie używalibyśmy tego urządzenia również w skomplikowanych badaniach farmakologicznych, które mogą pomóc nam opracować nowe leki: przeciwbólowe, zwalczające uzależnienia i łagodzące zaburzenia emocjonalne.

- Starania  inżynierów i naukowców na przestrzeni trzech kolejnych lat, dziesiątki iteracji projektowych doprowadziły do udanego rozwiązania obejmującego  implant w obszarze mózgu u swobodnie poruszających się myszy. Zdaniem naukowców droga ta może przyspieszyć odkrywanie tajemnic mózgu i jego chorób.

Naukowcy opublikowali wyniki swojej pracy w Nature Biomedical Engineering.