Американські інженери представили новий бездротовий імплантат для оптогенетики, який освітлює нейрони мозку та дозволяє ними керувати без необхідності свердлити отвір у черепі. Його розміри, що трохи менші за півтора сантиметра у довжину та одного міліметра у товщину, уможливлюють вживлення імплантату під шкіру голови, а його потужний світлодіод успішно просвічує череп та мозкові тканини під ним. Це дає змогу поводити різноманітніші поведінкові досліди з тваринами на великих експериментальних аренах, йдеться у статті вчених у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Бездротовий імплантат, розміри якого дають змогу імплантувати його під шкіру голови. College of Engineering / University of Arizona
Що таке оптогенетика і чому її взялися вдосконалювати?
Оптогенетика дає змогу вибірково керувати активністю нейронів, тому має важливе значення при вивченні різних неврологічних та психічних процесів, а також лікування відповідних захворювань. Щоб цього добитися, спочатку в нейрони вносять білки опсини, які чутливі до світла. Після цього зазвичай необхідно зробити невеликий отвір у черепі над ділянкою мозку, якою вчені хочуть покерувати, під встановлення імплантату зі світлодіодами. Він впливатиме на модифіковані нейрони світлом певного спектра, що дає змогу ними керувати. Але метод має свої недоліки. Імплантація пристрою може призвести до зміщення та пошкодження нервових тканин, особливо, у дрібних тварин, а також їх рубцювання, що заважатиме досягти цілі оптогенетичного дослідження. До того ж зазвичай від імплантату відходять дроти, що сполучають його із зовнішнім джерелом живлення. Це може сильно обмежувати рухливість лабораторних тварин та їхню взаємодію, що робить неможливим проведення деяких поведінкових дослідів. Щоб обійти ці обмеження, вчені Аризонського університету розробили імплантат для оптогенетики нового зразка.
У чому особливість нового імплантату?
Створений вченими пристрій не потребує формування отвору в черепі та імплантації в мозок. Натомість його достатньо помістити на череп, під шкіру голови. Це уможливлюється розмірами підшкірного імплантату, що має усього тринадцять міліметрів у довжину, десять у ширину та трохи менше одного міліметра у товщину при вазі всього у 87 міліграмів. Він може бути оснащений крихітними світлодіодами, які випускають потужне світло синього, червоного чи жовтого кольорів. Що ще важливо, імплантат є бездротовим, і отримує живлення через генероване ззовні електромагнітне поле.
Як показала себе технологія в дослідах?
Випробування науковці провели на лабораторних мишах, яким дали змогу вільно пересуватися по арені із розмірами 50х50х40 сантиметрів. Підшкірними імплантатами вчені прагнули змінити поведінку тварин, яким попередньо ввели у нейрони рухової кори світлочутливі білки. Зрештою світлова стимуляція імплантатом цих нейронів змусила тварин розвертатися на місці. Тоді як контрольна група тварин, яким нейрони модифікували флуоресцентним білком, подібної поведінки у відповідь на світловий стимул не демонструвала. Це свідчить про те, що світло імплантату справді достатньо потужне та проникне, щоб активізувати світлочутливі опсини у клітинах під черепом.
Тож вчені запевняють — їхня технологія може використовуватися для менш інвазивних та більш етичних поведінкових експериментів у майбутньому, що сприятиме швидшому просуванню нейробіологічної науки.
Раніше ми писали, як за допомогою подібного бездротового імплантату вченим вдалося змусити мишей взаємодіяти одне з одним. Щоправда, у цьому випадку ниткоподібний зонд невеликого імплантату все ж довелося ввести в мозкову тканину. Однак минулого року стенфордські науковці вже демонстрували малоінвазивну технологію оптогенетики, у якій не тільки опромінення світлом не вимагає хірургічного втручання, а й уведення світлочутливих білків у нейрони, яке вдалося здійснити через внутрішньовенну ін'єкцію.