Nowe włókno może zrewolucjonizować badania mózgu

Po raz pierwszy udało się za pomocą pojedynczego włókna przesłać sygnały optyczne, elektryczne i chemiczne do i z mózgu. Nowe włókno, po dalszym udoskonaleniu jego biokompatybilności, pozwoli na znaczące powiększenie naszej wiedzy dotyczącej funkcjonowania mózgu oraz połączeń pomiędzy jego poszczególnymi obszarami.

Nad włóknem przez dwa lata pracowali materiałoznawcy, chemicy, biolodzy i specjaliści z innych dziedzin nauki z MIT-u. Ich celem było stworzenie materiału, który miękkością i elastycznością nie różniłby się od tkanki mózgowej i byłby dobrze tolerowany przez organizm. Dzięki temu możliwe byłoby pozostawianie implantów na dłuższy czas. Obecnie używa się sztywnych metalicznych włókien, które szybko trzeba usuwać. Dłuższe pozostawienie włókna w mózgu pozwoli zebrać więcej danych na jego temat.

Podczas testów nowego materiału naukowcy wykorzystali go do wstrzyknięcia do mózgu myszy wektora wirusowego zawierającego światłoczułe opsyny. Gdy zaczęły one działać wysłali impuls światła przez znajdujący się w włóknie centralnie położony falowód i za pomocą sześciu elektrod mierzyli odpowiedź mózgu. Wszystko to przy wykorzystaniu tego samego włókna.

Obecnie przeprowadzenie takiego eksperymentu wymaga wykorzystania różnego rodzaju sprzętu – igieł do wstrzyknięcia wektora, światłowodów do dostarczenia światła i zestawu elektrod – oraz precyzyjnego ustawienia wszystkich tych instrumentów. W praktyce odpowiednia konfiguracja całości odbywa się metodą prób i błędów. W pewnym momencie zapytaliśmy sami siebie, czy nie byłoby fajnie, gdybyśmy mieli jedno urządzenie do robienia tego wszystkiego – wspomina profesor Polina Anikeeva.

Po latach prac udało się osiągnąć założony cel. Nasze włókno może dostarczyć wirusa do komórki, stymulować ją i rejestrować jej odpowiedź. Jest ono odpowiednio małe i na tyle kompatybilne, że może pozostawać w mózgu przez długi czas - dodaje uczona. Podczas innych eksperymentów naukowcy umieścili dwa włókna w różnych częściach mózgu myszy i badali, jak długo sygnał pokonuje drogę pomiędzy włóknami.

Wspomniane włókna stworzone są z wielu warstw polietylenu wzbogaconego grafenem. Na każdej z warstw rozpylano grafenowe płatki, całość kompresowano, układano kolejną warstwę polietylenu, rozpylano grafen, kompresowano i czynności te powtarzano wielokrotnie. Dzięki nim kilkukrotnie zwiększono przewodnictwo polimeru, co pozwoliło na znaczne zmniejszenie wielkości elektrod.

Jednym z zasadniczych pytań, na jakie chcieli odpowiedzieć naukowcy było stwierdzenie, ile czasu musi upłynąć od wstrzyknięcia opsyny, by neurony reagowały na światło. Okazało się, że proces taki trwa 11 dni.

Naukowcy chcą teraz zmniejszyć grubość swoich włókien i uczynić materiał bardziej miękkim. Z całego świata napłynęły też zamówienia na tysiące próbek nowego materiału. Wiele zespołów naukowych jest zainteresowanych wykorzystaniem włókien w swoich własnych eksperymentach.

włókno mózg sygnał badanie