Прошли первые успешные испытания «нейропыли»
Ryan Neely / UC Berkeley
Американские ученые успешно испытали работу «нейропыли» в нервах
и мускулах крысы. В будущем такие микроскопические, питающиеся
ультразвуком беспроводные датчики позволят вести наблюдения по всему
организму, в том числе и регистрировать активность нейронов глубоко
в мозге. Об экспериментах с прототипами in vivoрассказывает статья, опубликованная журналом Neuron.
Идею использования ультразвуковой нейропыли (neurodust) для
наблюдения за активностью клеток мозга Мишель Махарбиз (Michel Maharbiz)
и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли выдвинули в 2013 г.
Авторы описали концепцию устройства, состоящего из тысяч свободно
плавающих независимых датчиков размерами от 10 до 100 мкм, а также
размещенного субкраниально модуля для обеспечения их энергией и связью
посредством обмена ультразвуком. Годом спустя ученые отчитались о первых
экспериментах по взаимодействию нейропыли с поддерживающим модулем,
а теперь представили первые измерения, проведенные такими датчиками in vivo, в живом организме.
Серебристый куб на датчике – пьезоэлектрический кристалл
Ryan Neely / UC Berkeley
Поделиться
Каждая «нейропылинка» размерами 3×1 х
0,8 мм изолирована инертной эпоксидной смолой, так что открытыми
остаются лишь выходы электродов. Внутри же скрываются миниатюрный
транзистор и пьезоэлектрический кристалл, в котором в ответ
на механические деформации возникает слабое напряжение. Внешний модуль
(плата размерами примерно 6×6 см) каждые 0,1 секунды испускает серии
из шести коротких (540 нс) ультразвуковых импульсов, после чего
переходит в режим регистрации сигналов, отраженных кристаллами
нейропыли.
Каждый датчик покрыт биосовместимым полимером
Ryan Neely / UC Berkeley
Поделиться
Частичное поглощение ультразвуковых волн вызывает деформацию этих
кристаллов и создает достаточно энергии для создания тока, текущего
через крошечный транзистор и модулируемого внешним сигналом, поступающим
с электродов «нейропылинки». Эти модуляции, в свою очередь, влияют
на поведение кристалла и, соответственно, на характеристики отраженных
волн ультразвука. «Таким образом, форма отраженных ультразвуковых
импульсов кодирует электрофизиологический сигнал, который получают
имплантированные электроды, и этот сигнал можно реконструировать
посредством внешнего устройства», — пишут Мишель Махарбиз и его
соавторы.
Прототипы устройства на центральной нервной системе пока
не испытывались. Ученые хирургически имплантировали нейропыль
в периферические нервы и скелетную мускулатуру подопытных крыс, собрав
данные электронейрографии седалищного нерва и электромиографии
икроножной мышцы. Однако это продемонстрировало перспективность решения,
прежде всего — использования ультразвука для организации взаимодействия
между «нейропылинками» и внешним модулем.
Внешнее устройство подает ультразвуковые волны и регистрирует отраженный сигнал
Ryan Neely / UC Berkeley
Поделиться
По подсчетам, проделанным еще в первой статье 2013 г., датчики
нейропыли можно уменьшить до примерно 50 мкм — для сравнения, типичный
размер животной клетки составляет 10-30 мкм. Это облегчит их внесение
в организм и продлит срок жизни. Кроме того, авторы планируют дополнить
нейропыль новыми функциями, включая регистрацию химических сигналов,
таких как уровень кислорода или определенных гормонов.
Роман Фишман
Источник: cont.ws.
Рейтинг публикации:
|
