لقد صمم الباحثون مسبارًا عصبيًا رفيعًا للغاية ومرنًا وبأقل تدخل جراحي، لا يمكنه تسجيل النشاط العصبي فحسب، بل يمكنه أيضًا استخدام الضوء لتحفيز مجموعات معينة من الخلايا العصبية.
تم وصف هذا المسبار في دراسة جديدة في Nature Communications، حيث يبلغ عرضه حوالي-خمس شعرة الإنسان وهو-مناسب تمامًا لدراسة المناطق الصغيرة والمتحركة في الجهاز العصبي، مثل الحبل الشوكي أو الأعصاب الطرفية (الأعصاب الموجودة خارج الدماغ والحبل الشوكي التي تنقل المعلومات بين الدماغ وبقية الجسم).
"هذا هو المكان الذي تحتاج فيه إلى مسبار صغير جدًا ومرن يمكن زرعه بين الفقرات لإجراء اتصالات مع الخلايا العصبية ويمكن أن ينحني أثناء تحرك الحبل الشوكي،" قال المؤلف الرئيسي -أكسل نيمرجان، والأستاذ المشارك في مركز وايت للتقنيات الحيوية المتقدمة في معهد سالك للدراسات البيولوجية في الولايات المتحدة.
يمكن أيضًا زرع المجسات العصبية لفترة أطول لأنها أكثر توافقًا مع الأنسجة البيولوجية وأقل احتمالية لتحفيز الاستجابة المناعية.
قال دونالد سيركيس، أستاذ هندسة النانو في كلية جاكوبس للهندسة وأحد كبار مؤلفي الدراسة-، "بالنسبة للواجهات العصبية المزمنة، فأنت بحاجة إلى مسبار خفي - شيء لا يعرف الجسم وجوده ولكن لا يزال بإمكانه التواصل مع الخلايا العصبية." في جامعة كاليفورنيا، سان دييغو.
ما يميز هذا المسبار عن غيره من المسابير المرنة والرفيعة جدًا -هو أنه يتكون من قناة كهربائية وقناة بصرية، مما يمكنه من تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا العصبية واستخدام الضوء لتحفيز مجموعات معينة من الخلايا العصبية.
وأوضح سيربولي أن وجود هذا الوضع المزدوج - للتسجيل الكهربائي والتحفيز البصري - في مثل هذه المساحة الصغيرة يعد مزيجًا فريدًا.
يعد المسبار العصبي الجديد إنجازًا هندسيًا ذكيًا.
تحتوي القناة الكهربائية على قطب بوليمر فائق الرقة (يمكنه توصيل الكهرباء)، بينما تحتوي القناة الضوئية على ألياف ضوئية فائقة الرقة تنقل الضوء. إن وضع الاثنين في نفس المسبار العصبي يتطلب بعض الهندسة الذكية للغاية.
يجب أن تكون القنوات معزولة لمنعها من التداخل مع بعضها البعض أثناء تركيبها في مسبار صغير يبلغ قطره من 8 إلى 14 ميكرون فقط. يجب على الباحثين أيضًا التأكد من أن المسابير مرنة ومتينة ومتوافقة حيويًا وقادرة على الأداء بالإضافة إلى أحدث المسابر العصبية الموجودة-من--.
وبمجرد تصنيعها، يتم زرع المجسات العصبية في أدمغة الفئران الحية لمدة تصل إلى شهر، وخلالها لا تسبب أي التهاب تقريبًا في أنسجة المخ.
يمكن لهذه المجسات تسجيل النشاط الكهربائي للخلايا العصبية بحساسية عالية ويمكن استخدامها أيضًا لتحفيز الخلايا العصبية في قشرة الفأر لتحريك شعيراتها.
وقال نيميرجان: "في الوقت الحاضر، لا نعرف سوى القليل جدًا عن كيفية عمل الحبل الشوكي، وكيفية معالجته للمعلومات، وكيف يتعطل نشاطه العصبي أو يتضرر في ظل ظروف مرضية معينة".
لقد كان التسجيل من مثل هذه الهياكل الديناميكية والصغيرة يمثل دائمًا تحديًا تقنيًا. نحن نؤمن بأن مجساتنا ومصفوفات المجسات المستقبلية لديها القدرة الفريدة لمساعدتنا في دراسة الحبل الشوكي - ليس فقط لفهمه على المستوى الأساسي، ولكن أيضًا للحصول على القدرة على تنظيم نشاطه.
علاوة على ذلك، بما أنه يمكن الحصول على ألياف دقيقة بأي طول تقريبًا، فيمكن استخدام عملية التصنيع لتطوير مجسات عصبية يمكنها الوصول إلى مناطق أعمق في الدماغ. ومع ذلك، مع انخفاض صلابة المسبار مع زيادة الطول، قد يكون من الضروري تغيير التصميم - مثل طبقة سكر قابلة للذوبان أو طبقة بوليمر صلبة - لمنع الانحناء.
