Крошечные гибкие устройства могут измерять активность отдельных нейронов или изменять ее.
Исследователи из Массачусетского технологического института разработали устройства, которые выполняют функции фитнес-трекеров для отдельных клеток внутри организма. Беспроводные пленки мягко обволакивают отростки нервных клеток — аксоны и дендриты, могут измерять или модулировать электрическую и метаболическую активность нейронов на субклеточном уровне.
Сложная структура клеток мозга затрудняет создание биоэлектронного имплантата. Аксоны, которые соединяют нейрон с другими частями тела, например, отличается тонкой изогнутой формой. Эти «провода» очень хрупкие, поэтому любое устройство, взаимодействующее с ними, должно быть достаточно гибким, чтобы обеспечить надежный контакт без повреждений.
Чтобы преодолеть эти ограничения, ученые разработали устройства из мягкого полимера. Тонкие листы азобензола сворачиваются под воздействием света, что позволяет им обернуться вокруг клеток. Изменяя интенсивность и поляризацию света, исследователи контролирует направление и диаметр сворачивания, формируя микротрубочки диаметром менее 1 мкм.
Исследователи разработали масштабируемую технологию изготовления полимерных структур и управляли ими с помощью света. Прототипы протестировали на нейронах крыс. Анализ показал, что пленки плотно обволакивают даже сильно изогнутые аксоны и дендриты, не повреждая их.
Иллюстрация производства и использования полимерных устройств. Изображение: Airaghi Leccardi et al., Commun Chem
Поскольку устройства работают без проводов и свободно движутся в жидкостях, исследователи предполагают, что в будущем можно будет вводить тысячи подобных миниатюрных пленок в организм человека. Управление будет осуществляться с помощью света, которые проходит через ткани, чтобы активизировать устройства.
Поскольку азобензол является изолятором, тонкие пленки можно использовать в качестве синтетического миелина для восстановления поврежденных аксонов. Это поможет замедлить нейронную деградацию, возникающую при таких заболеваниях, как рассеянный склероз. В перспективе устройства можно интегрировать с другими материалами для создания микросхем, способных как измерять активность, так и управлять клетками.
