Els investigadors han dissenyat una sonda neuronal ultra-fina, flexible i mínimament invasiva que no només pot registrar l'activitat neuronal sinó que també pot utilitzar la llum per estimular grups específics de neurones.
Descrita en un nou estudi a Nature Communications, aquesta sonda té aproximadament una-quinta part de l'amplada d'un cabell humà i és-adequada per estudiar regions petites i mòbils del sistema nerviós, com ara la medul·la espinal o els nervis perifèrics (els nervis fora del cervell i la medul·la espinal que transmeten informació entre el cervell i la resta del cos).
Aquí és on necessiteu una sonda molt petita i flexible que es pugui implantar entre les vèrtebres per establir connexions amb les neurones i que es pugui doblegar a mesura que es mou la medul·la espinal", va dir el co-autor principal Axel Nimmerjahn, professor associat al Waitt Advanced Biophotonics Center de l'Institut Salk d'Estudis Biològics dels Estats Units.
Les sondes neuronals també es poden implantar durant més temps perquè són més compatibles amb els teixits biològics i tenen menys probabilitats de desencadenar una resposta immune.
Donald Sirkis, professor de nanoenginyeria a la Jacobs School of Engineering i co-autor principal de l'estudi, va dir: "Per a les interfícies neuronals cròniques, necessiteu una sonda furtiva - cosa que el cos ni tan sols sap que hi ha, però que encara es pot comunicar amb les neurones". A la Universitat de Califòrnia, San Diego.
El que diferencia aquesta sonda d'altres sondes ultra-flexibles existents és que consta d'un canal elèctric i un canal òptic, que li permeten registrar l'activitat elèctrica de les neurones i utilitzar la llum per estimular grups específics de neurones.
Tenir aquest mode dual - enregistrament elèctric i estimulació òptica - en una empremta tan petita és una combinació única", va explicar Sirbuly.
La nova sonda neuronal és una proesa intel·ligent d'enginyeria.
El canal elèctric conté un elèctrode de polímer ultrafina (que pot conduir l'electricitat), mentre que el canal òptic conté una fibra òptica ultrafina que transmet la llum. Posar els dos a la mateixa sonda neuronal requereix una enginyeria molt intel·ligent.
Els canals s'han d'aïllar per evitar que interfereixin entre si mentre s'instal·len en una microsonda amb un diàmetre de només 8 a 14 micres. Els investigadors també han d'assegurar-se que les sondes siguin flexibles, duradores, biocompatibles i que puguin funcionar igual que les-últimes-sondes neuronals existents.
Un cop fabricades, les sondes neuronals s'implanten al cervell dels ratolins vius fins a un mes, durant el qual gairebé no provoquen inflamació al teixit cerebral.
Aquestes sondes poden registrar l'activitat elèctrica de les neurones amb alta sensibilitat i també es poden utilitzar per estimular les neurones de l'escorça del ratolí perquè moguin els bigotis.
Actualment, sabem molt poc sobre com funciona la medul·la espinal, com processa la informació i com la seva activitat neuronal es veu alterada o danyada en determinades condicions de malaltia", va dir Nimmerjahn.
Gravar des d'estructures tan dinàmiques i minúscules sempre ha estat un repte tècnic. Creiem que les nostres sondes i les futures matrius de sondes tenen el potencial únic d'ajudar-nos a estudiar la medul·la espinal - no només per entendre-la a un nivell fonamental, sinó també per tenir la capacitat de regular la seva activitat.
A més, com que es poden aconseguir microfibres de gairebé qualsevol longitud, el procés de fabricació es pot utilitzar per desenvolupar sondes neuronals que puguin arribar a regions cerebrals més profundes. Tanmateix, com que la rigidesa de la sonda disminueix amb l'augment de la longitud, pot ser necessari canviar el disseny -, com ara un recobriment de sucre soluble o una capa de polímer rígid - per evitar la flexió.
