Имплантация сложных мультимодальных волокон в спинной мозг

Исследователи MIT разработали новую технологию для изучения мозга, преодолевающую ограничения обычных нейронных зондов, которые регистрируют только один тип сигналов. Они создали полимерные волокна тоньше человеческого волоса, способные одновременно доставлять в мозг оптические сигналы и лекарства, а также считывать электрическую активность для мониторинга эффектов.

Технология описана в журнале Nature Biotechnology в статье под руководством Полины Аникеевой. Волокна изготовлены из полимеров, близких по характеристикам к нервной ткани, что позволяет им дольше оставаться в организме, не повреждая окружающие ткани.

Гибкие волоконные зонды

Ключевой аспект технологии — создание крупномасштабной заготовки (преформы) с нужным расположением каналов внутри волокна:

• Оптические волноводы для передачи света.
• Полые трубки для доставки лекарств.
• Проводящие электроды для передачи электрических сигналов.

Эту полимерную преформу нагревают и вытягивают в тонкое волокно, сохраняя точное расположение внутренних элементов. Одно вытягивание уменьшает поперечное сечение материала в 200 раз, а процесс можно повторять, достигая нанометрового масштаба.

Настраиваемый инструментарий для нейроинженерии

Комбинация различных каналов в одном волокне позволяет с высокой точностью картировать нейронную активность и лечить неврологические расстройства. Например:

• Свет через оптические каналы можно использовать для оптогенетической стимуляции.
• Эффекты стимуляции можно отслеживать с помощью встроенных электродов.
• Одновременно через полые каналы можно вводить лекарства, а запись электрических сигналов нейронов в реальном времени покажет их немедленный эффект.

Систему можно адаптировать под конкретную задачу, создавая нужную комбинацию каналов. Волокна могут быть использованы для точного картирования реакций разных областей мозга или спинного мозга и, в перспективе, для создания долговременных имплантов для лечения таких состояний, как болезнь Паркинсона.

Профессор Джон Роджерс из Университета Иллинойса отмечает, что эта работа «значительно расширяет набор методов, необходимых для развития нашего базового понимания функций мозга».