Implanteerbare vezels zijn een enorme zegen geweest voor hersenonderzoek, waardoor wetenschappers specifieke doelen in de hersenen kunnen stimuleren en elektrische reacties kunnen volgen. Maar soortgelijke studies in de zenuwen van het ruggenmerg, wat uiteindelijk zou kunnen leiden tot behandelingen om ruggenmergletsels te verlichten, moeilijker uitvoerbaar waren. Dat komt omdat de wervelkolom buigt en rekt terwijl het lichaam beweegt, en de relatief stijve, broze vezels die tegenwoordig worden gebruikt, kunnen het delicate ruggenmergweefsel beschadigen.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers hebben een rubberachtige vezel ontwikkeld die kan buigen en uitrekken en tegelijkertijd beide optische impulsen kan leveren, voor opto-elektronische stimulatie, en elektrische aansluitingen, voor stimulatie en monitoring. De nieuwe vezels worden beschreven in een artikel in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang , door MIT-afgestudeerde studenten Chi (Alice) Lu en Seongjun Park, Professor Polina Anikeeva, en acht anderen aan het MIT, de Universiteit van Washington, en de Universiteit van Oxford.

"Ik wilde een multimodale interface creëren met mechanische eigenschappen die compatibel zijn met weefsels, voor neurale stimulatie en opname, " als een hulpmiddel voor een beter begrip van de functies van het ruggenmerg, zegt Lu. Maar het was essentieel dat het apparaat rekbaar was, omdat "het ruggenmerg niet alleen buigt, maar ook rekt tijdens beweging." De voor de hand liggende keuze zou een soort elastomeer zijn, een rubberachtige verbinding, maar de meeste van deze materialen kunnen niet worden aangepast aan het proces van vezeltrekken, die een relatief grote bundel materialen verandert in een draad die smaller kan zijn dan een haar.

Het ruggenmerg "ondergaat een rek van ongeveer 12 procent tijdens normale beweging, " zegt Anikeeva, die de Class of 1942 Professor in Loopbaanontwikkeling is bij de afdeling Materials Science and Engineering. "Je hoeft niet eens in een 'neerwaartse hond' [yogapositie] te stappen om dergelijke veranderingen te hebben." Dus het vinden van een materiaal dat overeenkomt met die mate van rekbaarheid, kan mogelijk een groot verschil maken voor onderzoek. "Het doel was om de rekbaarheid, zachtheid en flexibiliteit van het ruggenmerg na te bootsen, "zegt ze. "Je kunt de rekbaarheid evenaren met een rubber. Maar rubber tekenen is moeilijk - de meeste smelten gewoon, " ze zegt.

"Eventueel, we zouden zoiets graag willen gebruiken om dwarslaesie te bestrijden. Maar eerst, we moeten biocompatibiliteit hebben en de spanningen in het ruggenmerg kunnen weerstaan ​​zonder schade te veroorzaken, " ze zegt.

Het team combineerde een nieuw ontwikkeld transparant elastomeer, die zou kunnen fungeren als een golfgeleider voor optische signalen, en een coating gevormd uit een gaas van zilveren nanodraden, het produceren van een geleidende laag voor de elektrische signalen. Om het transparante elastomeer te verwerken, het materiaal was ingebed in een polymeerbekleding waardoor het in een vezel kon worden getrokken die zowel zeer rekbaar als flexibel bleek te zijn, zegt Lu. De bekleding wordt na het trekproces opgelost.

Na het hele fabricageproces, wat overblijft is de transparante vezel met elektrisch geleidende, rekbare nanodraadcoatings. "Het is eigenlijk gewoon een stuk rubber, maar geleidend, " zegt Anikeeva. De vezel kan zich met minstens 20 tot 30 procent uitrekken zonder de eigenschappen ervan aan te tasten, ze zegt.

De vezels zijn niet alleen rekbaar maar ook zeer flexibel. "Ze zijn zo slap, je zou ze kunnen gebruiken om hechtingen te doen en tegelijkertijd licht te geven, " ze zegt.

"We zijn de eersten die iets hebben ontwikkeld dat gelijktijdige elektrische opname en optische stimulatie mogelijk maakt in het ruggenmerg van vrij bewegende muizen, " zegt Lu. "Dus we hopen dat ons werk nieuwe wegen opent voor neurowetenschappelijk onderzoek." Wetenschappers die onderzoek doen naar ruggenmergletsels of ziekten, moeten meestal grotere dieren gebruiken in hun studies, omdat de grotere zenuwvezels bestand zijn tegen de stijvere draden die worden gebruikt voor stimulus en opname. Hoewel muizen over het algemeen veel gemakkelijker te bestuderen zijn en beschikbaar zijn in veel genetisch gemodificeerde stammen, er was voorheen geen technologie waarmee ze voor dit soort onderzoek konden worden gebruikt, ze zegt.

"Er zijn veel verschillende soorten cellen in het ruggenmerg, en we weten niet hoe de verschillende typen reageren op herstel, of gebrek aan herstel, na een blessure, " zegt ze. Deze nieuwe vezels, de onderzoekers hopen, zou kunnen helpen om enkele van die lege plekken in te vullen.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.