Было создано первое беспроводное и полностью имплантируемое устройство для проведения оптогенетического стимулирования нерва, и, таким образом, стало возможно контролировать с помощью света деятельность головного мозга.
Описание этого устройства, созданного учеными Стенфордского университета, по программе Bio-X Program, было представлено в журнале Nature Methods.
Оптогенетика является относительно новым открытием, связанным с использованием светочувствительных белков в мозге. Используя свет для манипулирования нейронной активностью, ученые могут включать и выключать определенные нейроны с беспрецедентной точностью.
Тем не менее, пока не доказано, что это наиболее практичный метод.
Традиционно волоконно-оптический кабель обязательно должен быть прикреплен к голове, чтобы обеспечить точную доставку света к группам генетически модифицированных клеток мозга. Это могло быть сдерживающим фактором у мышей, так как они были не в состоянии ориентироваться в небольших помещений или лабиринтах без участия подключенного кабеля .
Кроме того, ученые, используя мышей в эксперименте, подвергали их стрессу и нарушали их естественное поведение.
Другой задачей стоящей перед учеными, использующими оптогенетику, был вопрос об энергоснабжении устройства и контроля движений. Опять же, это традиционно решалось с помощью использования громоздкого устройства, подключенного к голове - в комплекте с катушками и датчиками - для контроля локализации мыши и снабжения энергией .
Именно эти проблемы мешали использовать оптогенетику для изучения психических проблем, таких как стресс, депрессия и тревога.
Устройство размером с горошину перца
Ада Пун, доцент электротехники в Стэндфордском университете, успешно разработала миниатюрное устройство, размерами с горошину перца.
Для питания устройства она решила использовать собственное тело мыши для передачи радиочастотной энергии определенной волны, что приводило к развитию резонанса.
Несмотря на то, что ее первоначальная работа по устройству была уже опубликована, она все еще не до конца понимала, как построить камеру для усиления и сохранения радиочастотной энергии.
Объединившись с Юдзи Танабэ, научным сотрудником лаборатории Пун, они создали такую камеру. В своей первой форме, открытая камера будет излучать энергию во всех направлениях. На верхней части камеры была установлены сетка в виде сот, чтобы противостоять распылению энергии и сохранить ее внутри камеры.
Сетка позволяет определенную степень гибкости. Когда лапы мыши входят в контакт с сеткой, она не получает в полной мере запасенную энергию. Вместо этого, мышь становится каналом для энергии из-за точной длины волны, которая резонирует в пределах ее тела. Энергия затем может быть аккумулирована в устройстве с помощью 2 мм катушки.
Этот новый метод позволяет исследователям успешно снабжать энергией устройство и отслеживать движения мыши без каких-либо ограничений или вмешательства в естественное поведение.
Это устройство также первая попытка беспроводной оптогенетики, которое может быть имплантировано под кожу, что прокладывает путь для дальнейших исследований в конкретных мышцах и органах, что ранее было недоступно.
Пун описывает открытие как "новый путь" доставки беспроводной энергии для оптогенетики и говорит, что дизайн источника питания является доступным для использования для других исследователей.
Исследовательская группа надеется, что открытие открывает дверь к новым инновационным исследованиям расстройств психического здоровья, двигательных расстройств и заболеваний внутренних органов. Исследователям уже выделен грант для изучения хронической боли и определения новых возможных методов лечения.
Важно подчеркнуть, что оптогенетика действует только на нервы, которые были ранее подготовлены и содержат светочувствительные белки. В лаборатории, это делается путем селекции определенных мышей, у которых содержатся эти белки или же с помощью инъекции раствора белков в выбранную группу нервов.
