Оптогенетика и таргетная доставка препаратов прямо в мозг становятся еще ближе, и этому посвящена статья, вышедшая на прошлой неделе в журнале Nature Biomedical Engineering. Коллаборация корейских инженеров и американских нейробиологов позволила создать небольшой портативный имплантат с мягкими и ультратонкими микрофлюидными трубочками, сменными картриджами для лекарств, крошечными светодиодами и системой с низким энергопотреблением, управляемой со смартфона через Bluetooth.
Credit: KAIST
Всем хороша оптогенетика: позволяет управлять нейронами светом, причем, не абы какими, а конкретными, интересными ученым. Однако, немалые сложности связаны как с доставкой в клетку и встройку в ДНК гена рецептора, реагирующего на свет, так и с жесткой системой имплантации оптоволокна в мозг, подводящей свет к региону интереса. Если первое научились уже делать достаточно неплохо, то у второго до сих пор значительные ограничения во времени использования: ткань мозга довольно быстро начинает разрушаться, и проводить длительные эксперименты затруднительно.
Исправить это решилась команда ученых из Корейского передового института науки и технологии (KAIST) и Университета Колорадо в Боулдере. Они придумали элегантно простое и при этом многофункциональное устройство, которое совместило в себе функцию химической и оптической нейромодуляции. Но самое главное – оно подходит для пролонгированных по времени, хронических экспериментов, гораздо меньше влияя на структуру тканей, нежели методы, которые используются сейчас (металлические трубки и довольно толстые оптические волокна).
В устройство встроили блок для смены картриджей plug-n-play, что позволяет не заботиться о том, что лекарство кончится, в течение нескольких месяцев. Кроме того, его оснастили мягким и ультратонким зондом в толщину человеческого волоса, который состоял из микрофлюидных каналов и крошечных светодиодов, как замечают авторы, меньше, чем крупинка соли.
Имплантатом можно управлять со смартфона, и специально для этого программисты из той же научной группы разработали приложение. В нем можно тонко отладить процесс эксперимента и настроить все виды воздействий в той последовательности, которая нужна.
«Это революционное устройство стало плодом передового электронного дизайна и мощной микро- и наноразмерной инженерии. Мы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии и настроены создать мозговой имплантат для клинического применения», — отмечает профессор электротехники в KAIST, руководитель исследования Чже-Вун Чжон (Jae-Woong Jeong).
Текст: Анна Хоружая
Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation by Raza Qazi, Adrian M. Gomez, Daniel C. Castro et al. in Nature Biomedical Engineering. Published online August 2019.
https://doi.org/10.1038/s41551-019-0432-1
