اپتوژنتیک بی سیم

یک پلت فرم فوق العاده کوچک ، قابل کاشت و بی سیم برای اپتوژنتیک ، ساخته شده توسط جان راجرز و همکارانش ، دارای قطر 10 میلی متر (کوچکتر از یک سکه) و دارای یک LED غیر آلی در مقیاس خرد (μ-ILED) است که از طریق چشم یک جا می شود. سوزن (راست) ، و این یکپارچه در انتهای یک پروب سیلیکون تزریقی ادغام شده است.

متداول ترین نوع سیستم نوری که اکنون برای ترسیم فعالیت مغز در موش ها استفاده می شود ، شامل کابل فیبر نوری متصل به سر ماوس برای انتقال پالس های نور از یک منبع نور خارجی است. این محدودیت های واضحی دارد: اندازه کابل باعث ایجاد آسیب در هنگام قرار دادن و تحریک در هنگام حرکت حیوان می شود ، و موضوع باید از نظر جسمی به منبع نور بپیوندد ، که تعامل اجتماعی و رفتار طبیعی را محدود می کند.

این زمینه با پیشرفت سیستم های اپتوژنتیک بی سیم در حال تغییر است. در سال 2013 ، در حالی که استاد علوم مواد در دانشگاه Illinois ، Urbana-Champaign (ایالات متحده) ، جان راجرز به همراه همکارانش در دانشگاه نورث وسترن (Evanston ، Ill. ، ایالات متحده) اولین سیستم اپتوژنتیک بی سیم را ساختند که در آن یک میکرون مقیاس LED غیر آلی (μ-ILED) مستقیماً به مغز ماوس تزریق می شود و از طریق آنتن رادیویی به صورت بی سیم تغذیه می شود. μ-ILED ، ساخته شده با تکنیک های لیتوگرافی سفارشی که از صنعت مدار مجتمع گرفته شده است ، از یک ماده نیمه هادی فعال بر روی یک ساختار پلیمری سازگار با نازک تشکیل شده است که همچنین به عنوان یک پشتیبانی مکانیکی عمل می کند.

μ-ILED ها به اندازه یک نورون واحد هستند ، اندازه های بسیاری از LED های تجاری موجود کمتر است. این سیستم ها بسیار سبک و بدون باتری هستند و امکان انتقال بی سیم و کنترل بی سیم با میکرو-ILED های مغزی تزریق شده را دارند. سکوی بی سیم سفارشی μ-ILED چنان مورد تقاضای دانشمندان علوم مغز و اعصاب قرار گرفت که راجرز یک شرکت کوچک به نام Neurolux (Champaign ، Ill. ، ایالات متحده) ایجاد کرد تا به درخواست ها پاسخ دهد. راجرز ، اکنون استاد علوم ، مهندسی و جراحی سیمپسون / کوئری در شمال غربی ، به جای اینکه فقط نتایج خود را منتشر کنیم ، گفت: "ما می خواستیم این فن آوری ها را پیگیری و به طور گسترده در دسترس قرار دهیم تا بتوانند تأثیر ماندگارتری در این زمینه داشته باشند "

Neurolux که هنوز یک شرکت در مراحل اولیه است ، در حال پالایش میکرو-ILED ها و اجزای سیستم است که برای صنعت قابل تولید است. در حالی که بیشترین فعالیتهای اپتوژنتیکی بین قسمتهای قرمز و آبی طیف رخ می دهد ، LED های Neurolux هر رنگ را در طیف مرئی و UV قرار می دهند. محققان می توانند طول موج LED را بر اساس پاسخ مورد نظر انتخاب کنند: نور قرمز به طور کلی پاسخ مغز را مهار می کند ، نور آبی یکی را تحریک می کند و سبز نیز بسته به نوع اپسین مورد نظر می تواند این کار را انجام دهد.

طرح ایمپلنت μ-ILED اکنون یکبار مصرف و یکبار مصرف است و به صورت زیر پوست نصب می شود تا کاشت در حیوان قابل توجه نباشد. این به موشها امکان می دهد رفتارهای طبیعی مانند تعامل اجتماعی یا حرکت در تونلها یا چرخها را نشان دهند. راجرز گفت: "موش ها می توانند همه کارهایی را انجام دهند که در غیر این صورت با تنظیمات فیبر نوری استاندارد غیرممکن است." توسعه بیشتر امکان لایه بندی ساقه نازک پلیمری ایمپلنت های بی سیم با سیستم های میکروسیال یکپارچه برای تحویل دارویی ، سنسور دما ، ردیاب های نوری و میکروالکترود را فراهم کرده است.

در اکتبر 2017 ، Neurolux برای توسعه بیشتر سیستم بی سیم اپتوژنتیک بی سیم شرکت برای تحریک عصبی و تحویل دارویی محلی و قابل برنامه ریزی توسط کاربر ، از NIH کمک مالی انتقال فناوری کسب و کار کوچک (STTR) فاز I دریافت کرد. به گفته راجرز ، علی رغم موانع ، بسیاری از مردم بر این باورند که در نهایت روش های اپتوژنتیک درمانی برای انسان اعمال می شود. راجرز گفت: "تغییرات اپتوژنتیکی در موشها هیچگونه تأثیر سوverse بر سلامتی آنها نشان نداده است ،" بنابراین می توان تصور کرد که این رویکردها می توانند روزی برای استفاده ایمن در انسانها تصویب شوند. "