Беспроводное оптогенетическое устройство для контроля нейронной активации

Исследователи из университета Аризоны разработали оптогенетическое устройство, которое может одновременно стимулировать несколько областей мозга и контролировать интенсивность излучаемого света. Это миниатюрное беспроводное устройство может работать без батареи, и исследователи надеются, что его можно будет использовать для лечения тяжелых неврологических расстройств и контроля хронической боли.

Информация об этой разработке была опубликована в журнале Nature Electronics.

Оптогенетика — это технология исследования работы нервных клеток, основанная на внедрении в их мембрану специальных каналов (белков) — опсинов*, реагирующих на возбуждение светом. В настоящее время эта технология в первую очередь является исследовательским инструментом, помогающим ученым понять, как работает мозг. Преимущество оптогенетики заключается в том, что можно нацеливаться на конкретные группы нейронов и исследовать их функции и взаимоотношения в контексте всего мозга.

При этом эта технология обладает и огромным терапевтическим потенциалом. Например, в будущем врачи могут использовать ее для активации нейронов, чтобы восстановить движение у парализованных пациентов, или деактивировать нейроны, вызывающие боль. Однако до сих пор точное направление света в мозг вызывало определенные трудности.

В настоящее время оптогенетические устройства являются громоздкими и позволяют исследователям стимулировать только одну область мозга за раз. Кроме того, изменение частоты или интенсивности излучения не представляется возможным, что ограничивает возможности контроля процедуры врачом.

Новое оптогенетическое устройство устраняет эти проблемы и может применяться для клинических процедур. По словам одного из исследователей Филиппа Гутруфа,

Мы научились осуществить цифровой контроль интенсивности и частоты излучаемого света, а устройства сделали настолько миниатюрными, что их можно без проблем имплантировать под кожу головы. Кроме этого, теперь мы также можем одновременно стимулировать несколько мест в мозгу одного и того же субъекта, что и раньше было невозможно.

Настраивая интенсивность света, испускаемого устройством, исследователи могут контролировать, на какие нейроны оно воздействует, так как более интенсивный свет будет проникать глубже в ткани. Устройство не содержит проводов и батареи, питается за счет внешних осциллирующих магнитных полей и может быть имплантировано во время простой хирургической процедуры.

Исследователи утверждают, что этот миниатюрный прибор не должен выходить из строя с течением времени, т.е. его не нужно будет регулярно заменять, в отличие от существующих имплантируемых устройств, таких как кардиостимуляторы.

* Опсины — это группа рецепторных светочувствительных белков семейства ретинолидов с молекулярной массой 35-55 кДа, связанных с мембраной G-протеинов.