Mikrodiody LED wstrzykiwane do mózgu pomogą neurologom w badaniach

Grupa naukowców pracowała pod kierunkiem profesora inżynierii materiałowej z Uniwersytetu Illinois - Johna A. Rogersa oraz profesora anestezjologii z Uniwersytetu Waszyngtońskiego - Michaela R. Bruchasa. - Opracowane materiały i skonstruowane urządzenia otwierają nowe sposoby umieszczania elementów półprzewodnikowych bezpośrednio w mózgu. Mówiąc bardziej ogólnie, tworzą nowy paradygmat dla umieszczania w ciele zaawansowanych form elektroniki: ultraminiaturowych urządzeń, które wstrzykuje się aby zapewnić bezpośrednią interakcję w głębi tkanek - powiedział John Rogers.

Zastosowanie mikrodiod LED umożliwi badanie reakcji na światło zaprogramowanych genetycznie konkretnych neuronów. Optogenetyka pozwala naukowcom badać funkcje mózgu w izolacji, w sposób który nie jest możliwy przy stymulacji elektrycznej wpływającej na neurony w szerokim zakresie, lub przy zastosowaniu leków, które nasycają cały mózg.

Naukowcy wciąż na nowo podejmują inżynieryjne wyzwanie dostarczania światła do konkretnych regionów położonych głęboko w mózgu. Obecnie najczęściej stosowane są metody inwazyjne, polegające na podłączaniu zwierząt do laserów przy pomocy światłowodów osadzonych w czaszce i mózgu. Ogranicza to ruchy i wpływa na naturalne zachowania, uniemożliwiając badanie interakcji społecznych. Nowo opracowane technologie mają obejść te ograniczenia.

Specjalnie zaprojektowane silne diody LED należą do najmniejszych na świecie i mają rozmiary porównywalne do pojedynczych komórek. Ich wstrzyknięcie do mózgu zapewni bezpośrednie oświetlenie i precyzyjną kontrolę. Urządzenia są drukowane na końcu ostrza cienkiej, elastycznej taśmy z tworzywa sztucznego - cieńszej od ludzkiego włosa i węższej niż ucho igielne. Można je umieścić głęboko w mózgu wywołując jedynie niewielki stres tkankowy.

Aktywne urządzenia to nie tylko diody LED, ale także różne czujniki, mikroskalowe grzejniki i elektrody, które mogą zarówno stymulować, jak i rejestrować aktywność elektryczną. W badanym obszarze umieszcza się je przy pomocy igły do mikroinjekcji. Taśma łączy je z modułem zawierającym antenę i obwód zasilający. Element ten montowany jest na szczycie głowy i może być odłączany. Taki system pozwoli zwierzętom na swobodne poruszanie i współdziałanie ze sobą w sposób naturalny.

Mnogość dostępnych opcji pozwala sądzić, że bezprzewodowa, wstrzykiwana platforma elektroniczna może być stosowana do wielu typów badań neurologicznych lub też wykorzystana w innych narządach. Przykładem jest opracowanie przez zespół Rogersa podobnego urządzenia do stymulacji nerwów obwodowych w nodze jako potencjalnej drogi do leczenia bólu. Kolejne prace badawcze wspiera Narodowy Instytut Zdrowia i Departamentu Energii USA.

źródło: University of Illinois