Technische onderzoekers van de Universiteit van Texas in Austin hebben ultraflexibele, nano-elektronische draad (NET) hersensondes die betrouwbaardere neurale opnames op lange termijn kunnen bereiken dan bestaande sondes en die geen littekenvorming veroorzaken wanneer ze worden geïmplanteerd. De onderzoekers beschreven hun bevindingen in een onderzoeksartikel dat op 15 februari werd gepubliceerd wetenschappelijke vooruitgang .

Een team onder leiding van Chong Xie, een assistent-professor aan de afdeling Biomedische Technologie van de Cockrell School of Engineering, en Lan Luan, een onderzoekswetenschapper aan de Cockrell School en het College of Natural Sciences, hebben nieuwe sondes ontwikkeld die mechanische complianties hebben die die van het hersenweefsel benaderen en meer dan 1 zijn 000 keer flexibeler dan andere neurale sondes. Deze ultraflexibiliteit leidt tot een verbeterd vermogen om de elektrische activiteit van individuele neuronen gedurende lange tijd betrouwbaar vast te leggen en te volgen. Er is een groeiende interesse in het ontwikkelen van lange termijn tracking van individuele neuronen voor neurale interface toepassingen, zoals het extraheren van neurale controlesignalen voor geamputeerden om hoogwaardige prothesen te bedienen. Het opent ook nieuwe mogelijkheden om de progressie van neurovasculaire en neurodegeneratieve ziekten zoals beroerte, Ziektes van Parkinson en Alzheimer.

Een van de problemen met conventionele sondes is hun grootte en mechanische stijfheid; hun grotere afmetingen en stijvere structuren veroorzaken vaak schade rond het weefsel dat ze omringen. Aanvullend, terwijl het voor de conventionele elektroden mogelijk is om hersenactiviteit maandenlang vast te leggen, ze leveren vaak onbetrouwbare en vernederende opnames op. Het is ook een uitdaging voor conventionele elektroden om individuele neuronen gedurende meer dan een paar dagen elektrofysiologisch te volgen.

In tegenstelling tot, de elektroden van het UT Austin-team zijn flexibel genoeg om te voldoen aan de microschaalbewegingen van weefsel en toch op hun plaats te blijven. De grootte van de sonde vermindert ook drastisch de weefselverplaatsing, dus de herseninterface is stabieler, en de metingen zijn betrouwbaarder voor langere tijd. Voor zover de onderzoekers weten, de UT Austin-sonde - die zo klein is als 10 micron bij een dikte van minder dan 1 micron, en heeft een doorsnede die slechts een fractie is van die van een neuron of bloedcapillair - is de kleinste van alle neurale sondes.

"Wat we in ons onderzoek hebben gedaan, is bewijzen dat we weefselreacties kunnen onderdrukken terwijl we een stabiele opname behouden, ' zei Xie. 'In ons geval, omdat de elektroden zeer, zeer flexibel, we zien geen enkel teken van hersenbeschadiging - neuronen bleven in leven, zelfs in contact met de NET-sondes, gliacellen bleven inactief en het vaatstelsel lekte niet."

Bij experimenten in muismodellen, de onderzoekers ontdekten dat de flexibiliteit en grootte van de sonde de agitatie van gliacellen verhinderde, dat is de normale biologische reactie op een vreemd lichaam en leidt tot littekens en neuronaal verlies.

"Het meest verrassende deel van ons werk is dat het levende hersenweefsel, het biologische systeem, het echt niet erg vindt om maandenlang een kunstmatig apparaat te hebben, ' zei Luan.

De onderzoekers gebruikten ook geavanceerde beeldvormingstechnieken in samenwerking met biomedische technologieprofessor Andrew Dunn en neurowetenschappers Raymond Chitwood en Jenni Siegel van het Institute for Neuroscience aan de UT Austin om te bevestigen dat de NET-enabled neurale interface niet degradeerde in het muismodel gedurende meer dan vier maanden van experimenten. De onderzoekers zijn van plan hun sondes in diermodellen te blijven testen en hopen uiteindelijk klinische tests uit te voeren. Het onderzoek ontving financiering van het UT BRAIN seed-subsidieprogramma, het ministerie van Defensie en de National Institutes of Health.