Der Stab hilft beim Positionieren des elektrischen Signals zwischen Neuronen. Universität von Chicago / Parameswaran et al.
Seit Jahrzehnten wollen Neurowissenschaftler und Ingenieure die Geheimnisse des menschlichen Gehirns aufdecken. Popkultur- und Science-Fiction-Filme dienen nur dazu, das Verständnis der Idee zu fördern, dass das menschliche Gehirn „gehackt“ werden kann. Aber ein Forscherteamkönnte die Welt tatsächlich wesentlich näher an die Manipulation der Funktionsweise unseres Gehirns gebracht haben.
Forscher der Universität von Chicago verwendeten winzige, lichtbetriebene Siliziumdrähte, um die Reaktion des Gehirns neu zu gestalten. Eines Tages könnte der Prozess zur Behandlung von Hirnstörungen eingesetzt werden.
Die Ergebnisse greifen auf die als Optogenetik bezeichnete Technik zurück. Die jahrzehntealte Technik verwendet Licht, um die neuronale Aktivität zu formen. Das Problem bestand jedoch darin, dass bei jedem optogenetischen Verfahren häufig auch Gene manipuliert wurden. Das Team der Universität von Chicago ging einen anderen WegAnstelle der Genetik haben sie sich auf Technologie konzentriert und Nanodrähte verwendet - ursprünglich für Solarzellen entwickelt. Sie haben die Nanodrähte mit zwei Arten von Silizium kombiniert, die bei Lichteinwirkung elektrischen Strom erzeugen.
Assistenzprofessor Bozhi Tian leitete die Forscher bei ihrer Arbeit an Rattenneuronen, die in einem Labor wachsen.
"Wenn der Draht angebracht und beleuchtet ist, verringert sich die Spannungsdifferenz zwischen der Innen- und Außenseite der Zelle geringfügig. Dies senkt die Barriere für das Neuron, ein elektrisches Signal an seine Nachbarzellen zu senden", sagte Tian.
Insbesondere verwendete das Team einen p-Typ-Kern Bor-dotiert und eine n-Typ-Schale Phosphor-dotiert mit einer Oberfläche aus atomarem Gold. Diese Metalle wurden dann mit Licht getroffen und die photoangeregten Ladungsträger wandern durchdie Drähte, an denen sie sich am Verbindungspunkt von Kern und Schale trennen.
„Diese Elektronen nehmen dann an kathodischen elektrochemischen Reaktionen in einer umgebenden Elektrolytlösung teil und erzeugen einen kathodischen Strom“, erklärte Tian. NanoTechWeb . „Wenn wir dann die koaxialen Nanodrähte mit einer neuronalen Zielmembran verbinden, depolarisiert dieser Strom die Membran, ahmt die Wirkung eines Nervenimpulses nach und bewirkt, dass das Neuron ein Aktionspotential abfeuert.“
Sie entdeckten, dass sie tatsächlich Neuronen auslösen könnten, um die Signale an ihre Nachbarzellen abzufeuern, und alles, was nötig wäre, ist nur ein einziger Nanodraht, um dieses Abfeuern von Neuronen zu starten.
„Das Schöne daran ist, dass sowohl Gold als auch Silizium biologisch verträgliche Materialien sind“, sagte der Doktorand Ramya Parameswaran, der erste Autor der Studie. „Auch nach der Injektion in den Körper würden Strukturen dieser Größe entsteheninnerhalb weniger Monate auf natürliche Weise abbauen. ”
Silizium spielte auch eine entscheidende und relativ kosteneffiziente Rolle in diesem Prozess - insbesondere im Vergleich zu anderen Technologien, die versuchen, die gleiche Reaktion zu stimulieren.
„Dieses Tool kann sowohl für grundlegende einzelne bioelektrische Studien als auch für klinische Therapeutika verwendet werden“, Tian sagte . „Silizium absorbiert stark Licht im nahen Infrarot, eine Wellenlänge des Lichts, die tief in biologisches Gewebe eindringt. Dies bedeutet, dass die Nanodrähte verwendet werden können, um periphere Nerven die bis zu 1 cm unter der Haut liegen zu stimulieren, wenn sie in Gewebe injiziert werdenDies könnte letztendlich eine nicht-invasive Behandlung von Krankheiten ermöglichen, die durch starke neuropathische Schmerzen gekennzeichnet sind, wie beispielsweise diabetische periphere Neuropathie. ”
Die nächsten Schritte für dieses Team umfassen Tierversuche: Wenn Sie die Wirkung der Nanodrähte und des Lichts auf Lebewesen sehen, können Sie feststellen, wie die Parkinson-Krankheit und andere gehirnbedingte Anomalien möglicherweise behandelt werden können.
Via : Universität von Chicago , Nanotech Web