Optogenetika i infracrvena neurostimulacija (INS) predstavljaju moćnu kutiju alata u neuronauci za proučavanje i kontrolu neuronske aktivnosti pomoću svetlosti. Poslednja optička metoda (INS) nedavno dobija na zamahu kao optička tehnika bez transgena za istraživanje i centralnog i perifernog nervnog sistema i stoga predstavlja obećavajući terapijski pristup za neurološke i neurodegenerativne bolesti.
Do sada, meki, biokompatibilni neuronski interfejsi zasnovani na infracrvenim vlaknima nikada nisu prijavljeni. Štaviše, većina INS istraživanja se oslanja na jednosmerna staklena vlakna, a ne na dvosmerne interfejse koji mogu istovremeno da stimulišu i snimaju aktivnost.
U novom radu objavljenom u Light: Science & Applications, tim naučnika, predvođen profesorom Christosom Markosom, šefom grupe za neuronske uređaje i gasnu fotoniku, Odsek za elektrotehniku i fotoniku, Tehnički univerzitet Danske i profesor Rune V. Berg , šef Bergove laboratorije, Odeljenje za neuronauku Univerziteta u Kopenhagenu, razvili su novo integrisano optičko vlakno zasnovano na nekonvencionalnim mekim optičkim polimerima sposobnim da prenose infracrvenu svetlost na talasnim dužinama koje su ranije bile nedostupne za ovu klasu materijala.
Ovo vlakno je predstavljalo osnovu za razvoj mekih, dvosmernih neuronskih interfejsa za isporuku infracrvene svetlosti unutar moždanog tkiva glodara i prikupljanje generisanih elektrofizioloških signala. Razvijeni implantati mogu da ostvare ovaj izazovni zadatak uz minimalno zapaljenje tkiva. Novi INS protokol je uspostavljen i validiran korišćenjem razvijenih interfejsa in vivo bez oštećenja neuronskog tkiva infracrvenim impulsima.
Interfejsi su testirani i upoređeni in vivo i akutno (pod anestezijom) i u hroničnim eksperimentima da bi se potvrdila njihova robusnost tokom nekoliko nedelja u odnosu na standardne elektrode za snimanje. Prijavljeni metod i uređaj će utrti put ka novim istraživanjima moždanih kola koristeći INS u hroničnim eksperimentima i poboljšati mogućnost prevođenja ove moćne tehnike u klinička okruženja.
Predstavljeni neuronski interfejsi vlakana zasnovani na polimerima visokih performansi predstavljaju platformu koja u budućnosti može da vidi integraciju više funkcionalnosti, kao što su isporuka lekova in situ i fluorescentno snimanje, kako bi neuronaučnicima pružili svestran alat za proučavanje različitih moždanih kola i funkcija sa visokom prostornom rezolucijom i bez potrebe za genetskom manipulacijom. Naučnici sumiraju glavne novine koje je uveo njihov rad:
„Ovaj rad predstavlja multidisciplinarni proboj koji izveštava: i) proizvodnju novog optoelektronskog polimernog vlakna sposobnog da prenosi svetlost na infracrvenim talasnim dužinama (2 μm), što stvara nove pravce istraživanja za zajednicu optičkih vlakana u ovom spektralnom opsegu, ii ) korišćenje najmekšeg termoplastičnog perfluorovanog polimera za poboljšanu biokompatibilnost, fleksibilnost i ultra-visoku numeričku blendu, iii) primena ovog novog vlakna u razvoju prvog monolitnog, mekog, multifunkcionalnog, biokompatibilnog INS interfejsa.
„Naši meki neuronski interfejsi bi mogli značajno da unaprede upotrebu ove tehnike u dubokim regionima mozga i hroničnim postavkama, kako bi stekli bolje razumevanje neuronskih mehanizama na nivou kola. Biokompatibilnost i sterilizacija korišćenih materijala od vlakana, takođe mogu povećati potencijal za prevođenje nalaza u razvoj novih terapija za neuralne bolesti kod ljudi“, kažu naučnici.
