Een team van onderzoekers van Lawrence Livermore en UC Davis heeft ontdekt dat het bedekken van een implanteerbare neurale elektrode met nanoporeus goud het risico van littekenweefsel over het oppervlak van de elektrode zou kunnen elimineren.

Het team toonde aan dat de nanostructuur van nanoporeus goud een nauwe fysieke koppeling van neuronen tot stand brengt door een hoge neuron-tot-astrocyt oppervlaktedekkingsratio te behouden. Nauwe fysieke koppeling tussen neuronen en de elektrode speelt een cruciale rol bij het vastleggen van de getrouwheid van neurale elektrische activiteit. De bevindingen staan ​​op de omslag van het tijdschrift Toegepaste materialen en interfaces .

Neurale interfaces (bijv. implanteerbare elektroden of arrays met meerdere elektroden) zijn naar voren gekomen als transformatieve hulpmiddelen voor het bewaken en wijzigen van neurale elektrofysiologie, zowel voor fundamentele studies van het zenuwstelsel, en om neurologische aandoeningen te diagnosticeren en te behandelen. Deze interfaces vereisen een lage elektrische impedantie om achtergrondruis te verminderen en een nauwe elektrode-neuronkoppeling voor verbeterde opnamegetrouwheid.

Het ontwerpen van neurale interfaces die een nauwe fysieke koppeling van neuronen aan een elektrodeoppervlak behouden, blijft een grote uitdaging voor zowel implanteerbare als in vitro neurale opname-elektrodearrays. Een belangrijk obstakel bij het handhaven van robuuste neuron-elektrodekoppeling is de inkapseling van de elektrode door littekenweefsel.

Typisch, nanogestructureerde elektrodecoatings met lage impedantie zijn afhankelijk van chemische aanwijzingen van farmaceutische producten of aan het oppervlak geïmmobiliseerde peptiden om de vorming van gliaal littekenweefsel over het elektrodeoppervlak te onderdrukken, wat een obstakel vormt voor betrouwbare neuron-elektrodekoppeling.

Echter, het team ontdekte dat nanoporeus goud, geproduceerd door een legeringscorrosieproces, is een veelbelovende kandidaat om de vorming van littekenweefsel op het elektrode-oppervlak uitsluitend door topografie te verminderen door gebruik te maken van de instelbare lengteschaal.

"Onze resultaten laten zien dat nanoporeuze gouden topografie, geen oppervlaktechemie, vermindert de oppervlaktedekking van astrocyten, " zei Monika Biener, een van de LLNL-auteurs van het artikel.

Nanoporeus goud heeft veel belangstelling gewekt voor gebruik in elektrochemische sensoren, katalytische platforms, fundamentele structuur-eigenschapsstudies op nanoschaal en afstembare medicijnafgifte. Het beschikt ook over een hoog effectief oppervlak, afstembare poriegrootte, goed gedefinieerde geconjugeerde chemie, hoge elektrische geleidbaarheid en compatibiliteit met traditionele fabricagetechnieken.

"We ontdekten dat nanoporeus goud de littekendekking vermindert, maar ook een hoge neuronale dekking handhaaft in een in vitro neuron-glia co-cultuurmodel, " zei Jürgen Biener, de andere LLNL-auteur van het artikel. "Breder, de studie demonstreert een nieuw oppervlak voor het ondersteunen van neuronale culturen zonder het gebruik van voedingsbodemsupplementen om overgroei van littekens te verminderen."