การปลูกถ่ายสมองแบบใหม่บันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทเป็นเวลาหลายเดือน

การปลูกถ่ายสมองแบบใหม่บันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทเป็นเวลาหลายเดือน

ประทับเวลา: 27 มกราคม 2024 11:51 น
โหนดต้นทาง: 3088803

การบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทเดี่ยวจำนวนมากในสมองในช่วงเวลาที่ยาวนานเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจวงจรประสาทของเราให้มากขึ้น เพื่อให้เกิดการบำบัดโดยใช้อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบใหม่ และในอนาคตสำหรับอินเทอร์เฟซของสมองและคอมพิวเตอร์ที่ต้องการความละเอียดสูง ข้อมูลทางไฟฟ้าสรีรวิทยา

แต่ในปัจจุบันนี้มีข้อแลกเปลี่ยนระหว่างข้อมูลความละเอียดสูงที่อุปกรณ์ฝังสามารถวัดได้ และระยะเวลาที่อุปกรณ์สามารถรักษาประสิทธิภาพการบันทึกหรือการกระตุ้นไว้ได้ การปลูกถ่ายซิลิโคนที่แข็งและมีเซ็นเซอร์จำนวนมาก สามารถรวบรวมข้อมูลได้มากมายแต่ไม่สามารถอยู่ในร่างกายได้นานนัก อุปกรณ์ขนาดเล็กและยืดหยุ่นจะรบกวนน้อยกว่าและสามารถอยู่ในสมองได้นานกว่า แต่ให้ข้อมูลระบบประสาทที่มีอยู่เพียงเศษเสี้ยวเท่านั้น

เมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิจัยสหวิทยาการจาก Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสติน MIT และ Axoft, Inc. พัฒนาอุปกรณ์ฝังแบบอ่อนที่มีเซ็นเซอร์หลายสิบตัว ที่สามารถบันทึกการทำงานของเซลล์ประสาทเดี่ยวในสมองได้อย่างเสถียรเป็นเวลาหลายเดือน

งานวิจัยที่ตีพิมพ์ใน นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ

เราได้พัฒนาส่วนต่อประสานระหว่างสมองและอิเล็กทรอนิกส์ด้วยความละเอียดเซลล์เดียวที่เป็นไปตามข้อกำหนดทางชีวภาพมากกว่าวัสดุแบบดั้งเดิม งานนี้มีศักยภาพที่จะปฏิวัติการออกแบบไบโออิเล็กทรอนิกส์สำหรับการบันทึกและกระตุ้นประสาท และสำหรับอินเทอร์เฟซของสมองและคอมพิวเตอร์”

Paul Le Floch ผู้เขียนบทความชิ้นแรกและเป็นอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในห้องทดลองของ Jia Liu ผู้ช่วยศาสตราจารย์สาขาวิศวกรรมชีวภาพที่ SEAS

ปัจจุบัน Le Floch เป็นซีอีโอของ Axoft, Inc ซึ่งเป็นบริษัทที่ก่อตั้งในปี 2021 โดย Le Floch, Liu และ Tianyang Ye ซึ่งเป็นอดีตนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาและนักวิจัยหลังปริญญาเอกใน Park Group ที่ Harvard สำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีของฮาร์วาร์ดได้ปกป้องทรัพย์สินทางปัญญาที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยนี้ และได้มอบใบอนุญาตเทคโนโลยีให้กับ Axoft เพื่อการพัฒนาต่อไป

เพื่อเอาชนะการแลกเปลี่ยนระหว่างอัตราข้อมูลความละเอียดสูงและอายุการใช้งานที่ยืนยาว นักวิจัยจึงหันไปหากลุ่มวัสดุที่เรียกว่าอีลาสโตเมอร์ฟลูออริเนต วัสดุที่มีฟลูออริเนต เช่น เทฟล่อน มีความยืดหยุ่น มีความเสถียรในของไหลชีวภาพ มีประสิทธิภาพไดอิเล็กกติกในระยะยาวดีเยี่ยม และเข้ากันได้กับเทคนิคการผลิตไมโครแฟบริเคชันมาตรฐาน

นักวิจัยได้รวมอิลาสโตเมอร์ไดอิเล็กทริกที่มีฟลูออริเนตเหล่านี้เข้ากับไมโครอิเล็กโทรดแบบอ่อนจำนวนหนึ่ง รวมเซ็นเซอร์ 64 ตัว -; เพื่อพัฒนาโพรบที่มีอายุการใช้งานยาวนานซึ่งนุ่มกว่าโพรบแบบยืดหยุ่นทั่วไปถึง 10,000 เท่า ซึ่งทำจากวัสดุพลาสติกวิศวกรรม เช่น โพลีอิไมด์หรือพาริลีน C

เรื่องที่เกี่ยวข้อง

ทีมงานสาธิตเครื่อง ในร่างกายโดยบันทึกข้อมูลระบบประสาทจากสมองและไขสันหลังของหนูตลอดระยะเวลาหลายเดือน

“งานวิจัยของเราเน้นย้ำว่า ด้วยการออกแบบวิศวกรรมปัจจัยต่างๆ อย่างระมัดระวัง จึงเป็นไปได้ที่จะออกแบบอีลาสโตเมอร์ชนิดใหม่สำหรับอินเทอร์เฟซทางประสาทที่มีความเสถียรในระยะยาว” Liu ซึ่งเป็นผู้เขียนรายงานดังกล่าวกล่าว “การศึกษานี้สามารถขยายขอบเขตของความเป็นไปได้ในการออกแบบสำหรับอินเทอร์เฟซแบบนิวรัล”

ทีมวิจัยสหวิทยาการยังรวมถึงศาสตราจารย์ SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky และ Zhigang Suo

“การออกแบบโพรบประสาทและอินเทอร์เฟซใหม่เป็นปัญหาแบบสหวิทยาการที่ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญในด้านชีววิทยา วิศวกรรมไฟฟ้า วัสดุศาสตร์ วิศวกรรมเครื่องกลและเคมี” Le Floch กล่าว

งานวิจัยนี้ร่วมเขียนโดย Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew สเปนเซอร์, จงฮา ลี, เทียนหยาง เย่, ซิน ถัง, เสี่ยวหวาง และหนานซู หลู่

งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติผ่านทางศูนย์วิทยาศาสตร์และวิศวกรรมการวิจัยวัสดุมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดหมายเลข DMR-2011754

Harvard John A. Paulson คณะวิศวกรรมศาสตร์และวิทยาศาสตร์ประยุกต์

การอ้างอิงวารสาร:

เลอ ฟลอช, พี., อัล et. (2023) 3D spatiotemporally สามารถปรับขนาดได้ ในโพรบประสาทของวิฟ โดยอิงจากฟลูออริเนตอีลาสโตเมอร์ นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ. doi.org/10.1038/s41565-023-01545-6.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก เมดิคอล.เน็ต