24-08-2022Abstract
Elektrische stimulatie via invasieve micro-elektroden wordt veelvuldig gebruikt voor de behandeling van een breed scala aan neurologische en psychiatrische aandoeningen. Ondanks het opmerkelijke succes is de stimulatie niet duurzaam, omdat de elektroden door gliose worden ingekapseld als gevolg van lichaamsvreemde reacties. Magnetische stimulatie overwint deze beperkingen door de noodzaak van een metalen elektrodecontact te elimineren. Hier presenteren we een nieuwe, microgefabriceerde solenoïde-inductor (80 µm × 40 µm) met een magnetische kern die neuronale weefsels kan activeren.
Implanteerbare micromagnetische stimulatie (µMS) heeft verschillende voordelen ten opzichte van stimulatie met elektroden. Verbeteringen in nanofabricagetechnologie hebben het mogelijk gemaakt om ultrakleine solenoïden met magnetische kernen te creëren die grotere magnetische velden kunnen genereren, terwijl ze volledig zijn ingekapseld in een biocompatibele coating. De nieuwe microgefabriceerde solenoïde heeft met succes zenuwweefsel geactiveerd en toont daarom potentie als een levensvatbaar alternatief voor de huidige neurale interface-instrumenten voor fundamenteel neurowetenschappelijk onderzoek en klinische toepassingen, hoewel verder onderzoek nodig is.
Fig. a De opstelling die gebruikt werd voor het meten van de magnetische fluxdichtheid die door de nieuwe microsolenoïde wordt uitgezonden, met behulp van een op maat gemaakt systeem gebaseerd op een NV-diamantsensor. b Het scanvenster dat in opstelling (a) werd gebruikt, is weergegeven. c De opstelling die gebruikt werd voor het proof-of-concept van µMS met behulp van de micro-/macrosolenoïden in acute hersenplakjes.
Afbeelding. Epifluorescentiemicrofoto van een hersenplakje van Thy1-GCaMP6s transgene muizen, waarop de verandering in fluorescentie te zien is als reactie op µMS bij gebruik van een (boven) macrosolenoïde en een (onder) microsolenoïde.
Analyse van beeldvormingstechnologie
DeDhyana 400BSIDe camera werd gebruikt om radiofluorescentie-microscopische beelden van hersenplakjes van transgene muizen te observeren. Deze camera heeft een goed contrast en een hoge gevoeligheid, een uitstekende kwantumrendement en een lage ruis bij UV-golflengten. De 16-bits modus met een hoog dynamisch bereik maakt het mogelijk om helderveld- en fluorescentiebeelden te maken, zelfs wanneer het fluorescentiesignaal erg zwak is. De veranderingen in de straling van verschillende solenoïden op hersenplakjes van muizen zijn intuïtief in het beeld te zien, waardoor de haalbaarheid van het schema voorlopig kan worden vastgesteld. Submillimeter- en millimeterspoelen zetten de aangelegde stroom om in magnetische flux, die vervolgens een elektrisch veldgradiënt induceert die sterk genoeg is om ionen te verplaatsen en ze ertoe aan te zetten de respons van de neuron waar te nemen (of te onderdrukken).
Referentiebron:
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX et al. De ontwikkeling van microgefabriceerde solenoïden met magnetische kernen voor micromagnetische neurale stimulatie. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
