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Neuartiges drahtloses Implantat simuliert erfolgreich Nerven
Das erste drahtlose und vollständig implantierbare Gerät zur Bereitstellung der optogenetischen Nervensimulation wurde geschaffen, das revolutioniert, wie Licht die Aktivität des Gehirns steuern kann.
Das Bein der Maus wird durch das implantierbare Gerät stimuliert, das vom Körper des Nagetiers angetrieben wird.
Bildnachweis: Austin Yee
Detailliert in der Zeitschrift Natur Methoden, das Gerät ist die Schaffung von Wissenschaftlern aus dem Stanford Bio-X-Programm, das mit der Stanford University, CA angegliedert ist.
Optogenetik ist eine relativ neue Entdeckung, bei der lichtempfindliche Proteine ??im Gehirn verwendet werden. Durch die Nutzung von Licht, um neuronale Aktivität zu manipulieren, können Wissenschaftler bestimmte Neuronen mit beispielloser Genauigkeit ein- und ausschalten.
Es hat sich jedoch manchmal nicht als das praktischste Werkzeug erwiesen.
Ein Glasfaserkabel wird traditionell an dem Kopf angebracht, um sicherzustellen, dass das Licht erfolgreich zu den genetisch veränderten Gehirnzellensembles geliefert wird. Dies kann bei Mäusen eine abschreckende Wirkung haben, da sie nicht in der Lage waren, kleine Räume oder Labyrinthe ohne Störung durch das angeschlossene Kabel zu navigieren.
Darüber hinaus haben die Wissenschaftler die Aufgabe, die Maus vor dem Experiment physisch zu handhaben, was die Maus wahrscheinlich stresst und das Tier von seinem natürlichen Verhalten abhält.
Eine weitere Herausforderung für Wissenschaftler, die Optogenetik einsetzen, besteht darin, das Gerät mit Strom zu versorgen und Bewegungen zu verfolgen. Wiederum wurde dies traditionell durch die Verwendung eines sperrigen, am Kopf befestigten Geräts gelöst - komplett mit Spulen und Sensoren - um die Maus zu lokalisieren und Strom zu liefern.
Diese Probleme haben es verhindert, dass die Optogenetik erfolgreich zur Untersuchung von mentalen Problemen wie Stress, Depressionen und Angstzuständen eingesetzt werden kann.
Ein Gerät von der Größe eines Pfefferkorns
Ada Poon, Assistenzprofessorin für Elektrotechnik an der Stanford University, hat erfolgreich das Miniaturgerät in der Größe eines Pfefferkorns entwickelt.
Um das Gerät mit Strom zu versorgen, hatte sie die Idee, den eigenen Körper der Maus zu verwenden, um Radiofrequenzenergie zu übertragen, die genau die richtige Wellenlänge hatte, um in einer Maus zu schwingen.
Obwohl ihre ersten Arbeiten an dem Gerät veröffentlicht wurden, war sie immer noch unsicher, wie eine Kammer gebaut werden sollte, um die Radiofrequenzenergie zu verstärken und zu speichern.
Zusammen mit Yuji Tanabe, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter in Poons Labor, schuf das Paar eine letzte Kammer. In seiner ersten Form würde die offene Kammer Energie in alle Richtungen ausstrahlen. Ein Wabengitter wurde oben auf die Kammer gelegt, um dem entgegenzuwirken, wodurch die Energie in der Kammer zurückgehalten werden konnte.
Das Raster erlaubt eine gewisse Flexibilität. Wenn die Mauspfote in Kontakt mit dem Gitter kommt, erhält sie nicht das volle Ausmaß der gespeicherten Energie darunter. Stattdessen wird die Maus aufgrund der exakten Wellenlänge, die in ihrem Körper schwingt, zu einem Kanal für die Energie. Die Leistung wird dann von einer winzigen 2 mm Spule im Gerät erfasst.
Das Video unten zeigt, wie das Gerät funktioniert:
Diese neue Technik ermöglicht Forschern, das Gerät erfolgreich mit Strom zu versorgen und die Bewegungen der Maus ohne Einschränkungen oder Eingriffe in sein natürliches Verhalten zu verfolgen.
Das Gerät ist auch der erste Versuch einer drahtlosen Optogenetik, die möglicherweise unter die Haut implantiert wird. Dies ebnet den Weg für die weitere Erforschung bestimmter Muskeln und Organe, die zuvor möglicherweise unerreichbar waren.
Poon beschreibt die Entdeckung als einen "neuen Weg" zur Bereitstellung von drahtloser Energie für die Optogenetik und sagt, dass das Design der Energiequelle für andere Forscher öffentlich zugänglich ist.
Das Forschungsteam hofft, dass die Entdeckung die Tür zu einer neuen innovativen Forschung zu psychischen Störungen, Bewegungsstörungen und Erkrankungen der inneren Organe öffnet. Den Forschern wurde bereits ein Stipendium gewährt, um chronische Schmerzen zu untersuchen und mögliche neue Behandlungen zu erforschen.
Früher in diesem Jahr, Medizinische Nachrichten heute berichteten, wie eine optogenetische Methode verwendet wurde, um eine künstliche Verbindung zwischen nicht verwandten Erinnerungen in Mäusen herzustellen.
Es ist wichtig zu betonen, dass die Optogenetik nur bei Nerven wirksam ist, die zuvor darauf vorbereitet wurden, lichtempfindliche Proteine ??zu enthalten. Im Labor erfolgt dies durch Züchten bestimmter Mäuse, um diese Proteine ??zu enthalten, oder indem sie physisch in eine ausgewählte Gruppe von Nerven injiziert werden.
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