24/08/2022Astratto
La stimolazione elettrica tramite microelettrodi invasivi è comunemente utilizzata per trattare un'ampia gamma di patologie neurologiche e psichiatriche. Nonostante il suo notevole successo, le prestazioni di stimolazione non sono sostenibili poiché gli elettrodi vengono incapsulati dalla gliosi a causa di reazioni da corpo estraneo. La stimolazione magnetica supera queste limitazioni eliminando la necessità di un contatto metallo-elettrodo. In questo studio, presentiamo un nuovo induttore a solenoide microfabbricato (80 µm × 40 µm) con un nucleo magnetico in grado di attivare il tessuto neuronale.
La stimolazione micromagnetica impiantabile (µMS) presenta diversi vantaggi rispetto alla stimolazione basata su elettrodi. I progressi nella tecnologia di nanofabbricazione ci hanno permesso di creare solenoidi ultra-piccoli con nuclei magnetici in grado di generare campi magnetici più intensi, pur essendo completamente incapsulati in un rivestimento biocompatibile. Un nuovo solenoide microfabbricato ha attivato con successo il tessuto neurale e si dimostra quindi una valida alternativa agli attuali strumenti di interfaccia neurale per applicazioni di neuroscienze di base e cliniche, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche.
Fig. a Configurazione utilizzata per misurare la densità di flusso magnetico emessa dal nuovo microsolenoide utilizzando un sistema personalizzato basato su un sensore a diamante NV. b Viene mostrata la finestra di scansione utilizzata nella configurazione (a). c Configurazione utilizzata per la dimostrazione del concetto di µMS utilizzando i micro/macrosolenoidi in sezioni cerebrali acute.
Figura. Micrografia a epifluorescenza di una sezione cerebrale di topi transgenici Thy1-GCaMP6s che mostra la variazione di fluorescenza in risposta alla micro-scarica magnetica (µMS) utilizzando un macrosolenoide (in alto) e un microsolenoide (in basso).
Analisi della tecnologia di imaging
ILDhyana 400BSILa telecamera è stata utilizzata per osservare immagini di microscopia a radiofluorescenza di sezioni cerebrali di topi transgenici. Presenta un buon contrasto e sensibilità, offre un'eccellente efficienza quantica e un basso rumore alle lunghezze d'onda UV, e la modalità a 16 bit ad alta gamma dinamica consente l'imaging in campo chiaro e in fluorescenza anche quando il segnale di fluorescenza è molto debole. Le variazioni di radiazione di solenoidi di diverse dimensioni sulle sezioni cerebrali di topo sono visibili intuitivamente nell'immagine, in modo da determinare preliminarmente la fattibilità del sistema. Bobine submillimetriche e millimetriche convertono la corrente applicata in flusso magnetico, che a sua volta induce un gradiente di campo elettrico sufficientemente forte da muovere gli ioni e spingerli per rilevare (o sopprimere) la risposta del neurone.
Fonte di riferimento:
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. Lo sviluppo di solenoidi microfabbricati con nuclei magnetici per la stimolazione neurale micromagnetica. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
