Прошли первые успешные испытания «нейропыли»

Американские ученые успешно испытали работу «нейропыли» в нервах и мускулах крысы. В будущем такие микроскопические, питающиеся ультразвуком беспроводные датчики позволят вести наблюдения по всему организму, в том числе и регистрировать активность нейронов глубоко в мозге. Об экспериментах с прототипами in vivo рассказывает статья, опубликованная журналом Neuron.

Идею использования ультразвуковой нейропыли (neurodust) для наблюдения за активностью клеток мозга Мишель Махарбиз (Michel Maharbiz) и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли выдвинули в 2013 г. Авторы описали концепцию устройства, состоящего из тысяч свободно плавающих независимых датчиков размерами от 10 до 100 мкм, а также размещенного субкраниально модуля для обеспечения их энергией и связью посредством обмена ультразвуком. Годом спустя ученые отчитались о первых экспериментах по взаимодействию нейропыли с поддерживающим модулем, а теперь представили первые измерения, проведенные такими датчиками in vivo, в живом организме.

Каждая «нейропылинка» размерами 3×1 х 0,8 мм изолирована инертной эпоксидной смолой, так что открытыми остаются лишь выходы электродов. Внутри же скрываются миниатюрный транзистор и пьезоэлектрический кристалл, в котором в ответ на механические деформации возникает слабое напряжение. Внешний модуль (плата размерами примерно 6×6 см) каждые 0,1 секунды испускает серии из шести коротких (540 нс) ультразвуковых импульсов, после чего переходит в режим регистрации сигналов, отраженных кристаллами нейропыли.

Частичное поглощение ультразвуковых волн вызывает деформацию этих кристаллов и создает достаточно энергии для создания тока, текущего через крошечный транзистор и модулируемого внешним сигналом, поступающим с электродов «нейропылинки». Эти модуляции, в свою очередь, влияют на поведение кристалла и, соответственно, на характеристики отраженных волн ультразвука. «Таким образом, форма отраженных ультразвуковых импульсов кодирует электрофизиологический сигнал, который получают имплантированные электроды, и этот сигнал можно реконструировать посредством внешнего устройства», — пишут Мишель Махарбиз и его соавторы.

Прототипы устройства на центральной нервной системе пока не испытывались. Ученые хирургически имплантировали нейропыль в периферические нервы и скелетную мускулатуру подопытных крыс, собрав данные электронейрографии седалищного нерва и электромиографии икроножной мышцы. Однако это продемонстрировало перспективность решения, прежде всего — использования ультразвука для организации взаимодействия между «нейропылинками» и внешним модулем.

По подсчетам, проделанным еще в первой статье 2013 г., датчики нейропыли можно уменьшить до примерно 50 мкм — для сравнения, типичный размер животной клетки составляет 10-30 мкм. Это облегчит их внесение в организм и продлит срок жизни. Кроме того, авторы планируют дополнить нейропыль новыми функциями, включая регистрацию химических сигналов, таких как уровень кислорода или определенных гормонов.

Роман Фишман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Для борьбы с глобальным потеплением климатологи порекомендовали заводить меньше детей

Исследователи из Университета Лунда (Швеция) проанализировали эффективность методов сокращения выброса парниковых газов индивидуальными домохозяйствами, которые обычно рекомендуют официальные источники для снижения углеродного следа отдельным человеком. Оказалось, что большинство популярных рекомендаций касательно экологии, представленных в том числе в школьных учебниках, относительно неэффективны. Самыми действенными методами в борьбе с парниковыми газами оказались отказ от автомобиля, авиаперелетов, отказ от мяса и снижение количества детей в семье. Работа опубликована в журнале с открытым доступом Environmental Research Letters.