Sondă neuronală pe termen lung Mirage News

Înregistrarea activității unor populații mari de neuroni unici din creier pe perioade lungi de timp este esențială pentru a progresa înțelegerea circuitelor neuronale, pentru a permite noi terapii bazate pe dispozitive medicale și, în viitor, pentru interfețele creier-calculator care necesită un nivel ridicat. rezoluţie. Informații electrice.

Dar astăzi există un compromis între cantitatea de informații de înaltă rezoluție pe care o poate măsura un dispozitiv implantat și cât timp poate continua înregistrarea sau performanța de stimulare. Implanturile de silicon solid cu mulți senzori pot colecta o mulțime de informații, dar nu pot rămâne în corp foarte mult timp. Dispozitivele flexibile mai mici sunt mai puțin invazive și pot dura mai mult în creier, dar oferă doar o mică parte din informațiile neuronale disponibile.

Recent, o echipă interdisciplinară de cercetători de la Harvard John Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS), în colaborare cu Universitatea Texas din Austin, MIT și Axoft, a dezvoltat un dispozitiv implantabil moale care conține zeci de senzori. Poate înregistra activitatea unui singur neuron din creier în mod stabil timp de luni de zile.

Cercetarea a fost publicată în revista Nature Nanotechnology.

„Am dezvoltat interfețe creier-electronice cu rezoluție cu o singură celulă care sunt mai biocompatibile decât materialele convenționale”, a spus Paul Le Floche, primul autor al lucrării și fost student absolvent în laboratorul lui Jia Liu, profesor asistent de bioinginerie în Școala de Științe Aplicate și Politice. . „Această lucrare are potențialul de a revoluționa proiectarea bioelectronicii pentru înregistrare, stimulare neuronală și interfețe creier-calculator.”

Le Floch este în prezent CEO-ul Axoft, Inc, o companie fondată în 2021 de Le Floch, Liu și Tianyang Ye, un fost student absolvent și postdoctorat la Grup de parc La Harvard. Biroul de Dezvoltare Tehnologică al Universității Harvard a protejat proprietatea intelectuală asociată cu această cercetare și a licențiat tehnologia Axoft pentru dezvoltare ulterioară.

Pentru a depăși compromisul dintre rata de înaltă rezoluție a datelor și longevitate, cercetătorii au apelat la un grup de materiale cunoscute sub numele de fluoroplastice. Materialele fluorurate, cum ar fi teflonul, sunt flexibile și stabile în fluidele biologice, au performanțe dielectrice excelente pe termen lung și sunt compatibile cu tehnicile standard de microfabricare.

Cercetătorii au combinat acești elastomeri dielectrici fluorurati cu stive de microelectrozi moi – 64 de senzori în total – pentru a dezvolta o sondă de lungă durată care este de 10.000 de ori mai moale decât sondele flexibile tradiționale fabricate din materiale plastice de inginerie, cum ar fi poliimida sau parilena-C.

Echipa a demonstrat dispozitivul in vivo, înregistrând informații neuronale din creier și măduva spinării la șoareci pe parcursul mai multor luni.

„Cercetarea noastră evidențiază că prin proiectarea cu atenție a diferiților parametri, este posibil să se proiecteze noi materiale elastomerice pentru interfețe neuronale stabile pe termen lung”, a spus Liu, care este autorul corespondent al acestei lucrări. „Acest studiu ar putea extinde posibilitățile de proiectare pentru interfețele neuronale.”

Echipa de cercetare interdisciplinară a inclus și profesorii SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinski și Zhigang Su.

„Proiectarea de noi senzori și interfețe neuronale este o problemă foarte multidisciplinară care necesită experiență în biologie, inginerie electrică, știința materialelor și inginerie mecanică și chimică”, a spus Le Floc.

Lucrarea a fost coautoră de Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Chen, Ziliang Wang, Junsu Kim, Hao Sheng, Sebastian Bartariu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsoo Park, Xian Gong și Andrew. Spencer, Jongha Li, Tianyang Yi, Shen Tang, Xiao Wang și Nanzhou Lu.

Lucrarea a fost susținută de Fundația Națională pentru Știință prin intermediul Grant-ului nr. DMR-2011754 al Centrului de cercetare și inginerie a materialelor de la Universitatea Harvard.