22.08.24Abstrakt
Elektrische Stimulation mittels invasiver Mikroelektroden wird häufig zur Behandlung einer Vielzahl neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen eingesetzt. Trotz ihres bemerkenswerten Erfolgs ist die Stimulationsleistung nicht nachhaltig, da die Elektroden aufgrund von Fremdkörperreaktionen durch Gliose eingekapselt werden. Magnetstimulation überwindet diese Einschränkungen, indem sie den Kontakt zwischen Metall und Elektrode überflüssig macht. Hier demonstrieren wir eine neuartige mikrofabrizierte Solenoidspule (80 µm × 40 µm) mit einem magnetischen Kern, der neuronales Gewebe aktivieren kann.
Implantierbare mikromagnetische Stimulation (µMS) bietet gegenüber elektrodenbasierter Stimulation mehrere Vorteile. Fortschritte in der Nanofabrikationstechnologie ermöglichen die Herstellung ultrakleiner Magnetspulen mit Magnetkernen, die größere Magnetfelder erzeugen und gleichzeitig vollständig in eine biokompatible Beschichtung eingebettet sind. Neuartige mikrofabrizierte Magnetspulen aktivieren erfolgreich Nervengewebe und bieten daher Potenzial als praktikable Alternative zu aktuellen neuronalen Schnittstelleninstrumenten für die Grundlagenforschung und klinische Anwendungen, obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind.
Abb. a Der Aufbau zur Messung der magnetischen Flussdichte des neuartigen Mikrosolenoids mithilfe eines speziell entwickelten Systems auf Basis eines NV-Diamantsensors. b Das in Aufbau (a) verwendete Scanfenster ist dargestellt. c Der Aufbau diente als Proof-of-Concept der µMS unter Verwendung der Mikro-/Makrosolenoide in akuten Hirnschnitten.
Abb. Epifluoreszenzmikroskopie eines Gehirnschnitts von Thy1-GCaMP6s-transgenen Mäusen, die die Änderung der Fluoreszenz als Reaktion auf µMS bei Verwendung eines (oben) Makrosolenoids und eines (unten) Mikrosolenoids zeigt
Analyse der Bildgebungstechnologie
DerDhyana 400BSIDie Kamera wurde verwendet, um radiofluoreszenzmikroskopische Bilder von Gehirnschnitten transgener Mäuse zu beobachten. Sie verfügt über guten Kontrast und hohe Empfindlichkeit, bietet eine ausgezeichnete Quanteneffizienz und geringes Rauschen bei UV-Wellenlängen, und der 16-Bit-Modus mit hohem Dynamikbereich ermöglicht die Abbildung von Hellfeld und Fluoreszenz selbst bei sehr schwachem Fluoreszenzsignal. Die Strahlungsänderungen unterschiedlich großer Solenoide in den Gehirnschnitten von Mäusen sind im Bild intuitiv erkennbar, sodass die Machbarkeit des Verfahrens vorab beurteilt werden kann. Submillimeter- und Millimeter-Spulen wandeln den angelegten Strom in magnetischen Fluss um, der dann einen elektrischen Feldgradienten induziert, der stark genug ist, um Ionen zu bewegen und sie dazu zu bringen, die Reaktion des Neurons zu erfassen (oder zu unterdrücken).
Referenzquelle：
1.Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. Die Entwicklung mikrofabrizierter Solenoide mit magnetischen Kernen für die mikromagnetische neuronale Stimulation. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
