22.08.24Abstrakcyjny
Stymulacja elektryczna za pomocą inwazyjnych mikroelektrod jest powszechnie stosowana w leczeniu szerokiego zakresu schorzeń neurologicznych i psychiatrycznych. Pomimo niezwykłego sukcesu, skuteczność stymulacji nie jest trwała, ponieważ elektrody ulegają otorbieniu przez glejozę w wyniku reakcji na ciało obce. Stymulacja magnetyczna przezwycięża te ograniczenia, eliminując potrzebę kontaktu metal-elektroda. W niniejszym artykule prezentujemy nowatorski, mikrofabrykowany induktor solenoidowy (80 µm × 40 µm) z rdzeniem magnetycznym, który może aktywować tkankę neuronalną.
Implantowana mikrostymulacja magnetyczna (µMS) ma szereg zalet w porównaniu ze stymulacją opartą na elektrodach. Udoskonalenia w technologii nanoprodukcji pozwoliły nam stworzyć ultramałe solenoidy z rdzeniami magnetycznymi, które mogą generować większe pola magnetyczne, będąc jednocześnie całkowicie zamknięte w biokompatybilnej powłoce. Nowatorski, mikroprodukowany solenoid skutecznie aktywował tkankę nerwową, co wskazuje na potencjał jako realna alternatywa dla obecnych narzędzi do łączenia neuronów w podstawowych zastosowaniach neurologicznych i klinicznych, choć konieczne są dalsze badania.
Rys. a. Układ służący do pomiaru gęstości strumienia magnetycznego emitowanego przez nowy mikrosolenoid przy użyciu specjalnie zbudowanego systemu opartego na czujniku diamentowym NV. b. Okno skanowania pokazano na rysunku (a). c. Układ stanowił dowód koncepcji µMS przy użyciu mikro/makrosolenoidów w ostrych plasterkach mózgu.
Ryc. Mikrofotografia epifluorescencyjna wycinka mózgu myszy transgenicznych Thy1-GCaMP6s przedstawiająca zmianę fluorescencji w odpowiedzi na µMS przy użyciu makrosolenoidu (góra) i mikrosolenoidu (dół)
Analiza technologii obrazowania
TenDhyana 400BSIKamera została użyta do obserwacji mikroskopowych obrazów radiofluorescencyjnych skrawków mózgu myszy transgenicznych. Charakteryzuje się ona dobrym kontrastem i czułością, zapewnia doskonałą wydajność kwantową i niski poziom szumów w paśmie UV, a 16-bitowy tryb o wysokim zakresie dynamiki umożliwia obrazowanie w jasnym polu i fluorescencji, nawet przy bardzo niskim poziomie sygnału fluorescencji. Zmiany promieniowania różnych rozmiarów solenoidów w skrawkach mózgu myszy można intuicyjnie obserwować na obrazie, co pozwala wstępnie określić wykonalność schematu. Cewki submilimetrowe i milimetrowe przekształcają przyłożony prąd w strumień magnetyczny, który następnie indukuje gradient pola elektrycznego wystarczająco silny, aby poruszyć jony i pobudzić je do wykrycia (lub stłumienia) reakcji neuronu.
Źródło odniesienia：
1. Khalifa, A., Zaeimbashi, M., Zhou, TX i in. Rozwój mikrowytwarzanych elektromagnesów z rdzeniami magnetycznymi do mikromagnetycznej stymulacji neuronów. Microsyst Nanoeng 7, 91 (2021). https://doi.org/10.1038/s41378-021-00320-8
