22/08/24Περίληψη
Η ηλεκτρική διέγερση μέσω επεμβατικών μικροηλεκτροδίων χρησιμοποιείται συνήθως για τη θεραπεία ενός ευρέος φάσματος νευρολογικών και ψυχιατρικών παθήσεων. Παρά την αξιοσημείωτη επιτυχία της, η απόδοση της διέγερσης δεν είναι βιώσιμη, καθώς τα ηλεκτρόδια εγκλωβίζονται από γλοίωση λόγω αντιδράσεων ξένου σώματος. Η μαγνητική διέγερση ξεπερνά αυτούς τους περιορισμούς εξαλείφοντας την ανάγκη για επαφή μετάλλου-ηλεκτροδίου. Εδώ, παρουσιάζουμε έναν νέο μικροκατασκευασμένο επαγωγέα ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας (80 µm × 40 µm) με μαγνητικό πυρήνα που μπορεί να ενεργοποιήσει νευρωνικό ιστό.
Η εμφυτεύσιμη μικρομαγνητική διέγερση (µMS) έχει πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με την διέγερση που βασίζεται σε ηλεκτρόδια. Οι βελτιώσεις στην τεχνολογία νανοκατασκευής μας επέτρεψαν να δημιουργήσουμε εξαιρετικά μικρά σωληνοειδή με μαγνητικούς πυρήνες που μπορούν να δημιουργήσουν μεγαλύτερα μαγνητικά πεδία ενώ είναι πλήρως ενθυλακωμένα σε μια βιοσυμβατή επικάλυψη. Ένα νέο μικροκατασκευασμένο σωληνοειδές ενεργοποίησε με επιτυχία τον νευρικό ιστό και ως εκ τούτου παρουσιάζει δυνατότητες ως βιώσιμη εναλλακτική λύση στα τρέχοντα εργαλεία νευρωνικής διασύνδεσης για βασικές νευροεπιστήμες και κλινικές εφαρμογές, αν και απαιτείται περαιτέρω διερεύνηση.
Σχήμα α Η διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της πυκνότητας μαγνητικής ροής που εκπέμπεται από το νέο μικροσωληνοειδές χρησιμοποιώντας ένα ειδικά κατασκευασμένο σύστημα που βασίζεται σε έναν αισθητήρα διαμαντιού NV. β Το παράθυρο σάρωσης φαίνεται να χρησιμοποιείται στη διάταξη (α). γ Η διάταξη χρησιμοποίησε την απόδειξη της ιδέας του µMS χρησιμοποιώντας τα μικρο/μακροσωληνοειδή σε οξείες τομές εγκεφάλου
Σχήμα Μικρογραφία επιφθορισμού μιας τομής εγκεφάλου από διαγονιδιακά ποντίκια Thy1-GCaMP6s που δείχνει την αλλαγή στον φθορισμό σε απόκριση στο µMS όταν χρησιμοποιείται ένα (άνω) μακροσοληνοειδές και ένα (κάτω) μικροσοληνοειδές
Ανάλυση της τεχνολογίας απεικόνισης
ΟΝτυάνα 400BSIΗ κάμερα χρησιμοποιήθηκε για την παρατήρηση μικροσκοπικών εικόνων ραδιοφθορισμού των εγκεφαλικών τομών διαγονιδιακών ποντικών. Έχει καλή αντίθεση και ευαισθησία, παρέχει εξαιρετική κβαντική απόδοση και χαμηλό θόρυβο σε μήκη κύματος UV, και η λειτουργία υψηλού δυναμικού εύρους 16-bit επιτρέπει την απεικόνιση φωτεινού πεδίου και φθορισμού ακόμη και όταν το σήμα φθορισμού είναι πολύ χαμηλό. Οι αλλαγές ακτινοβολίας διαφορετικών μεγεθών σωληνοειδών σε τομές εγκεφάλου ποντικού μπορούν να φανούν διαισθητικά στην εικόνα, έτσι ώστε να προσδιοριστεί προκαταρκτικά η σκοπιμότητα του σχήματος. Τα πηνία υποχιλιοστομετρικού και χιλιοστομετρικού μετατρέπουν το εφαρμοζόμενο ρεύμα σε μαγνητική ροή, η οποία στη συνέχεια προκαλεί μια κλίση ηλεκτρικού πεδίου αρκετά ισχυρή ώστε να μετακινεί ιόντα και να τα ωθεί να ανιχνεύουν (ή να καταστείλουν) την απόκριση του νευρώνα.
Πηγή αναφοράς：
1.Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. Η ανάπτυξη μικροκατασκευασμένων σωληνοειδών με μαγνητικούς πυρήνες για μικρομαγνητική νευρωνική διέγερση. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
