Injicerbare ledninger til fiksering af hjernen

Nye behandlinger for neurologiske sygdomme kan være mulige med et fleksibelt mesh, der kan fremkalde individuelle hjerneceller. Ved

• Julia Sklar arkiv side

13. oktober 2016

I et kælderlaboratorium på Harvard University bølger et par tråde af tyndt trådnet i bunden af ​​en kop vand, som i en lille bånddans. Maskerne - på størrelse med en pennehætte - er i stand til at gøre noget hidtil uset: Når de først er injiceret i hjernen på en levende mus, kan de sikkert stimulere individuelle neuroner og måle cellernes adfærd i mere end et år.

Elektroniske hjernegrænseflader som disse kan en dag være afgørende for mennesker med neurologiske sygdomme som Parkinsons. Sygdommen får en gruppe neuroner i et område af hjernen til at begynde at dø ud, hvilket udløser ukontrollable rystelser og rystelser. At sende målrettede elektriske stød til dette område kan hjælpe med at piske de levende neuroner tilbage i form og stoppe Parkinsons symptomer.

Denne historie var en del af vores november 2016-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

I dag kan mennesker gennemgå en elektrisk behandling kaldet dyb hjernestimulering. Men det har store begrænsninger. Det involverer implantering af stive, tætte elektroder i hjernen. Det er langt fra ideelt i sådan et blødt organ: efter cirka fire uger begynder arvæv at opbygge sig. Den eneste måde at få elektroderne til at arbejde gennem dette væv er at blive ved med at øge spændingen, der bruges til at excitere neuronerne. Det kan være farligt, og nogle gange kræves en anden operation for at erstatte implantatet.

Charles Lieber, en Harvard-kemiker og pioner inden for nanomaterialer, havde en anden idé: en ledende hjernegrænseflade, der afspejler de fine detaljer i selve hjernen. Ligesom neuroner forbindes med hinanden i et netværk, der har åbne rum, hvor proteiner og væsker passerer igennem, efterlader krydsskraveringerne i Liebers bøjelige mesh-elektronik plads til, at neuroner kan passe ind i stedet for at blive skubbet til siden af ​​et boksformet fremmedlegeme. Denne enhed slører effektivt grænsefladen mellem et levende system og et ikke-levende system, siger Guosong Hong, en postdoc i Liebers laboratorium.

Det ekstremt fleksible mesh, lavet af guldtråde, der er klemt mellem lagene af en polymer, ruller nemt sammen til en nål, så det kan injiceres i stedet for implanteres, hvilket undgår en mere omfattende operation. En del af nettet stikker ud gennem hjernen og et hul i kraniet, så det kan kobles til en computer, der styrer de elektriske stød og måler neuronernes aktivitet. Men til sidst, siger Lieber, kunne kontrollerne og strømforsyningen implanteres i kroppen, som de er i nutidens systemer til dyb hjernestimulering.

Forskerne forudser, at nettet har mange anvendelsesmuligheder ud over Parkinsons. Det kan hjælpe med at behandle depression og skizofreni mere præcist end nutidens lægemidler, som bader hele hjernen i kemikalier og forårsager en række bivirkninger.

Først skal det dog testes på mennesker. Liebers gruppe samarbejder med læger på Massachusetts General Hospital og vil snart begynde eksperimenter med mennesker med epilepsi.

Til venstre: Mesh-elektronikken - linjer af guld mellem lagene af en polymer - fremstilles i batches på en siliciumwafer.
Til højre: Dette nærbillede af nettet viser en pude i midten, der stimulerer neuroner. Mindre puder måler deres aktivitet.

Enheden er fleksibel nok til at blive injiceret med en nål. Den netlignende struktur forhindrer den i at forstyrre neuroner for meget, når den først er implanteret.

Til venstre: Som vist her i vand, er nettet ekstremt fleksibelt, når det først er i hjernen.
Til højre: Ud af hjernen (eller vandet) bliver strukturen slap.

Den implanterede enhed forbindes til en computer, som styrer de elektriske stød og registrerer neuronernes adfærd.

En side fra 2007 fra Liebers notesbog viser hans første opfattelse af nettet.

skjule